Die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe ermöglicht die Herstellung belastungsangepasster Bauteile im Sinne des Leichtbaus. Im Sonderforschungsbereich 1153 erfolgt die Entwicklung neuer Prozessketten, in denen der Fügeprozess bereits vor der Umformung stattfindet. Zur Herstellung koaxialer Aluminium-Stahl-Halbzeuge kommt das Verbundstrangpressen zum Einsatz. In der Verbundzone zwischen Aluminium und Stahl entstehende intermetallische Phasen haben hierbei einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des hybriden Profils.
In dieser Arbeit wurde ein numerisches Berechnungsmodell entwickelt, um die während des Verbundstrangpressens entstehenden intermetallischen Phasen bereits in der Prozessauslegung berücksichtigen zu können. Die experimentelle Charakterisierung der Phasensaumdicke in Abhängigkeit der Prozessparameter erfolgte mittels eigens ausgelegter Analogieversuche. Das Berechnungsmodell konnte erfolgreich anhand experimenteller und numerischer Versuchsreihen validiert werden.
Aktualisiert: 2021-12-02
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Die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe ermöglicht die Herstellung belastungsangepasster Bauteile im Sinne des Leichtbaus. Im Sonderforschungsbereich 1153 erfolgt die Entwicklung neuer Prozessketten, in denen der Fügeprozess bereits vor der Umformung stattfindet. Zur Herstellung koaxialer Aluminium-Stahl-Halbzeuge kommt das Verbundstrangpressen zum Einsatz. In der Verbundzone zwischen Aluminium und Stahl entstehende intermetallische Phasen haben hierbei einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des hybriden Profils.
In dieser Arbeit wurde ein numerisches Berechnungsmodell entwickelt, um die während des Verbundstrangpressens entstehenden intermetallischen Phasen bereits in der Prozessauslegung berücksichtigen zu können. Die experimentelle Charakterisierung der Phasensaumdicke in Abhängigkeit der Prozessparameter erfolgte mittels eigens ausgelegter Analogieversuche. Das Berechnungsmodell konnte erfolgreich anhand experimenteller und numerischer Versuchsreihen validiert werden.
Aktualisiert: 2023-04-27
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Der Fokus der vorliegenden Studie liegt auf der Untersuchung der werkstoffkundlichen Zusammenhänge zwischen den thermischen Prozessbedingungen beim Verbundgießen von Kupfer und Aluminium und den resultierenden mikrostrukturellen und technologischen Eigenschaften. Es erfolgt eine Parameterstudie der bedeutendsten Prozessparameter, wie der Substrattemperatur des Kupfers, des Volumenverhältnisses von Aluminium zu Kupfer und den Kühlbedingungen. Mittels Metallographie und verschiedener Werkstoffprüfungen werden die technologischen Eigenschaften analysiert. Weiterhin wird ein numerisches Simulationsmodell erstellt, mittels dem die thermischen Verhältnisse im Gießversuch virtuell nachgestellt und weiterführende Analysen des Prozesses durchgeführt werden. Die vorgestellten Untersuchungen leisten damit einen Beitrag zum tieferen Verständnis des Verbundgießprozesses von Kupfer und Aluminium.
Aktualisiert: 2021-07-29
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Warmarbeitsstähle enthalten einen hohen Anteil karbidbildender Legierungselemente, die zu den ressourcenkritischen Rohstoffen zählen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Legierungskonzeptes, bei dem ein Teil der karbidbildenden Elemente durch intermetallische Phasen auf Basis leichter verfügbarer Rohstoffe substituiert wird.
Geeignete intermetallische Ausscheidungen wurden auf Grundlage ihrer chemischen Zusammensetzung, Phasenstabilität und benötigten Legierungsgehalte ausgewählt. Entsprechende Legierungskonzepte wurden umgesetzt und hinsichtlich erreichbarer Eigenschaften sowie notwendiger Legierungsgehalte optimiert. Das Eigenschaftsprofil gängiger Warmarbeitsstähle wurde in Bezug auf die Härtbarkeit, Zähigkeit, Warmfestigkeit, Warmhärte und Wärmeleitfähigkeit erreicht. Gegenüber dem Warmarbeitsstahl X38CrMoV 5-3 konnten die Anlassbeständigkeit und Beständigkeit bei thermischer Langzeitbeanspruchung deutlich gesteigert werden.
Mit der Ausscheidung intermetallischer β-NiAl Phasen wurde der Anteil karbidbildender Elemente im Vergleich zum Warmarbeitsstahl X38CrMoV 5-3 um bis zu 68 % verringert. Gleichzeitig konnten die Kosten für den Legierungszuschlag reduziert werden.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Für die industrielle Fertigung von Al-Cu-Solarabsorbern wird häufig ein Laserstrahlschweißprozess zur Verbindung der Absorberbleche mit den Fluidrohren verwendet. Um die Energie in Form von kurzen Pulsen gezielt in das Bauteil einzubringen, werden hierbei blitzlampengepumpte Nd:YAG-Laserstrahlquellen eingesetzt. Auf diese Weise ist es möglich, die artungleichen Metalle miteinander zu verbinden, ohne die empfindliche Absorberbeschichtung thermisch zu schädigen. Trotz der industriellen Anwendung dieses Prozesses bestehen noch Wissensdefizite bezüglich der Ausprägung der Schweißpunkte und der metallkundlichen Vorgänge während des Schweißprozesses. Daher wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein vertieftes Prozessverständnis unter Berücksichtigung der entsprechenden Phasenbildung im Schweißgut aufgebaut. Da die konventionell verwendeten Strahlquellen aufgrund ihres geringen elektro-optischen Wirkungsgrads einen hohen Energiebedarf bedingen, werden neue Prozesse unter Verwendung moderner, kontinuierlich emittierender Strahlquellen mit weitaus höheren Wirkungsgraden entwickelt. Die hiermit erzeugten Verbindungen weisen eine hohe Qualität auf, während sich die entwickelten Prozesse durch eine gesteigerte Energieeffizienz bei nachgewiesener Wirtschaftlichkeit auszeichnen. Neben der optimierten Fertigung von Al-Cu-Solarabsorbern stellt die Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse auf weitere Anwendungsbereiche, die das Fügen artungleicher Metalle erfordern, einen zusätzlichen Nutzen der Ergebnisse dar.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Mit der aufkommenden öffentlichen Diskussion hinsichtlich der Einflüsse des Individualverkehrs auf die Umwelt werden die Anforderungen an PKW neu definiert. Zunehmend interessieren sich die Käufer von PKW für deren Verbrauch. Die Automobilhersteller reagieren mit Fahrzeugleichtbau. In besonderem Maße zeigen Mischverbindungen aus Stahl und Aluminium ein hohes Leichtbaupotenzial. Schlüsseltechnologie für deren Anwendung ist die Fügetechnik. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein laserbasiertes Fügeverfahren erarbeitet, das ohne die Verwendung von Zusatzmaterial Stahl und Aluminium verschweißt. Aufgezeigt werden sowohl die prinzipielle Durchführbarkeit des Schweißverfahrens an Kombinationen aus verzinkten und unverzinkten Stählen mit Aluminium der 5000er und 6000er Legierungen als auch Möglichkeiten zur optimalen Nahtgestaltung zur Maximierung der Nahtfestigkeit. Sowohl geometrische als auch metallurgische Ansätze werden hierbei verfolgt und deren Einfluss auf das Schweißergebnis dargestellt.
Aktualisiert: 2019-10-17
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