B03: Fließpressen

Das überordnete Ziel im Teilprojekt B03 ist die Einflussnahme auf die geometrische und mikrostrukturelle Ausbildung der Fügezone. Hierzu dienen unterschiedliche Ansätze, wie die Erhöhung der umformbedingten Beanspruchung, stärkere Temperaturgradienten bei der Umformung sowie eine optimierte Verbundfestigkeit beim Reibschweißen.

Da der Temperaturgradient bei artfremden Hybridhalbzeugen für die Fügezonenausbildung relevant ist, soll die Erwärmungsstrategie von Stahl-Aluminium-Hybridhalbzeugen weiterentwickelt werden.

Durch die artfremden Kombination Stahl-Aluminium besteht die Herausforderung vor allem im unterschiedlichen Fließverhalten der jeweiligen Materialien bei gleicher Temperatur. Darüber hinaus liegt die Warmumformtemperatur von Stahl über der Schmelztemperatur von Aluminium. Um ein günstiges Fließverhalten zu erreichen ist idealerweise ein abrupter, stufenartiger Temperaturverlauf im Bereich der Fügezone des Hybridhalbzeugs einzustellen. Durch unterschiedliche Modifikationen, wie der Anpassung der Induktionsparameter oder einer lokalen Kühlung der Aluminiumseite während der Erwärmung wird der Temperaturverlauf angepasst.

Weiterhin sollen, abweichend von der konventionellen planflächigen Verschweißung der Halbzeuge, geometrisch variable Fügeflächen untersucht werden. Hierbei steht eine erhöhte Materialdurchdringung zur Schaffung einer gesteigerten Verbundfestigkeit des hybriden Bauteils im Fokus. Somit werden die Potentiale eines kombinierten Form- und Stoffschlusses genutzt.

Das zentrale wissenschaftliche Ziel der laufenden zweiten Förderperiode ist die Optimierung der Verbundeigenschaften hybrider Bauteile, sowie die Erhöhung ihrer Geometriekomplexität. Das Teilprojekt B03 beschäftigt sich hierbei mit der Bereitstellung und dem Fließpressen von reibgeschweißten Hybridhalbzeugen aus Stahl-Aluminium, Stahl-Nickelbasislegierung sowie Stahl-Stahl. Beim Reibschweißen werden unterschiedliche Geometrien der Stirnfläche verwendet, um zusätzlich zum Stoffschluss auch einen Kraft- und Formschluss zu erhalten. Beim Fließpressen erfolgt eine Variation der Fließpressverfahren. Hierbei soll zur Erhöhung der umformbedingten Beanspruchung eine Hohlwelle als Demonstrator dienen, die mittels verschiedener Fließpressprozesse gefertigt wird. Dadurch werden unterschiedliche Belastungsprofile in der Fügezone eingebracht.

Einen zielführenden Ansatz zur Einstellung einer verbesserten Rohteilerwärmung stellt die Kombination aus einer lokalen Kühlung der niederschmelzenden Aluminiumseite bei einer gleichzeitigen induktiven Erwärmung der Stahlseite dar.

Abschließend werden mechanischen Prüfungen und metallographischen Untersuchungen durchgeführt, welche den Prozessparametern gegenübergestellt werden. Unter Betrachtung der ausgewählten Werkstoffkombinationen und definierten Randbedingungen werden die Grenzen der spezifischen Fließpressverfahren identifiziert.