IM FOKUS
VERBUNDSCHMIEDEN
HYBRIDER
RADNABEN
Im Allgemeinen
stellen
das temperaturabhängige
unterschiedliche
Fließverhalten
und somit
auch die Rohteilerwärmung
der unterschiedlichen
Halbzeuge
eine
wesentliche
Herausforderung
beim Verbundschmieden
dar 2. Aus diesem
Grund legte das IFUM verschiedene
Erwärmungsvarianten
zur Ermittlung
einer
zunderfreien
Rohteilerwärmung
aus und
überprüfte
deren Auswirkungen,
indem
sie die hergestellten
Demonstratoren
hinsichtlich
Formgebung,
Fügequalität
und
Werkstoffverlauf
analysierte.
Dabei
zeigte
sich, dass die zunderfreie
Erwärmung
ein entscheidendes
Kriterium
für das
erfolgreiche
Fügen
beim Verbundschmieden
ist.
Als geeignet
für das Verbundschmieden
hybrider
Radnaben
erwiesen
sich das Erwärmen
und Zusammenführen
im Schutzgasofen,
wie die Evaluation
der Bauteile
belegte.
Hierfür
wurden
die Stahl-Aluminium
Halbzeuge
auf 350 beziehungsweise
950 °C und die Stahl-Stahl-Halbzeuge
gemeinsam
auf 1.100 °C
erwärmt,
in das Werkzeugsystem
transferiert
und verbundgeschmiedet.
Um die Werkstoffverteilung
und den Werkstoffverbund
zu untersuchen,
wurden
die Bauteile
getrennt
und im
Querschnitt
bewertet
(Bild 2). Für die Stahl-Aluminium
Radnabe
ergab
sich eine
Gewichtseinsparung
von 0,96 kg beziehungsweise
etwa 48 Prozent.
Dagegen
liegt bei der Stahl-Stahl-
Radnabe
keine
Gewichtsreduzierung
vor, jedoch
erlaubt
die
erfolgreiche
Verbundbildung,
das Bauteil
in nachgelagerten
Untersuchungen
neu auszulegen
und es leichtbau
oder funktionsoptimiert
maßzuschneidern
(beispielsweise
spezifischer
Härteverlauf,
Funktionsintegration
und Leichtbau).
EVALUATION
DER HYBRIDEN
RADNABEN
Im Anschluss
wurden
durch lichtmikroskopische
Aufnahmen
stoffschlüssige
Verbindungen
bei der Stahl-Aluminium
und
Stahl-Stahl-Kombination
ermittelt
und durch Mikrohärtemessungen
und Rasterelektronenmikroskopaufnahmen
(REMAufnahmen)
charakterisiert
(Bild 2).
Bei der Stahl-Aluminium
Kombination
war eine
stoffschlüssige
Verbindung
durch intermetallische
Phasen
vom Typ Fe2Al5
nachzuweisen,
welche
sich im Allgemeinen
durch eine Härte
von 1.050 bis 1.200 HV auszeichnen
3. Die maximale
Phasensaumdicke
betrug
16,33 μm. Damit
wird der Grenzwert
von
10 μm überschritten,
bis zu dem ein negativer
Einfluss
des
Phasensaums
auf die Verbundeigenschaften
zu vernachlässigen
ist. Entsprechend
ist eine
reduzierte
Bauteilfestigkeit
der Stahl-Aluminium
Radnabe
zu erwarten
4. Dieser
Umstand könnte durch die Wahl einer
geringeren
Umformtemperatur
behoben
werden
und ist Gegenstand
aktueller
Untersuchungen.
Beim Stahl-Stahl-Werkstoffverbund
wurden
die Bereiche,
in denen
sich stoffschlüssige
Phasen
bilden
können,
durch
lichtmikroskopische
Aufnahmen
ermittelt
und aufgrund
der
geringen
Dicke
von 0,5 μm anhand eines Rasterelektronenmikroskops
verifiziert.
Die chemische
Zusammensetzung
der Fügezone
entspricht
dabei
einer
Kombination
aus den Werkstoffen
C60 und 30CrNiM8, bedingt
durch ein diffusionsgestütztes
Fügen
während
des Verbundschmiedens.
Entgegen
dem
artfremden
Materialverbund
lässt sich bei einer
artgleichen
Materialkombination
die Entstehung
stoffschlüssiger
Verbindungen
nicht durch einen
Anstieg
der Härte
nachweisen.
Beide
Werkstoffe
besitzen
zum Zeitpunkt
des Fügens
ein
kubisch-raumzentriertes
Gitter
mit ihrer
jeweiligen
Grundhärte.
Während
des Fügens
entstehen
neue Überstrukturen,
welche vom Gittertyp
artverwandt
mit den beiden
Grundgittern
sind. Der daraus
resultierende
Härtewert
liegt erwartungsgemäß
zwischen
den beiden
Grundhärten.
Dieses
Verhalten
konnte in den folgenden
Mikrohärtemessungen
bestätigt
werden,
sodass innerhalb
dieser
Zone
eine
stoffschlüssige
Verbindung
auf mikroskopischer
Ebene
vorliegt.
Bild 2: Metallografische
Analyse
des Werkstoffverbundes
in Lichtmikroskop
– und REM-Aufnahmen
Bilder: Autoren
20 massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2019