Motivation und Zielsetzung
Die Tailored Forming Bauteile wie die untersuchten hybriden Demonstratoren (Wellen, Lagerbuchsen, Kegelräder) sind in ihrem Betrieb zyklischen Lasten ausgesetzt. Bedingt durch die Fügezonen, die potentielle Schwachstellen und damit einen möglichen Versagensort bei zyklischer Belastung darstellen, ist eine Betrachtung des Tailored-Forming-spezifischen Ermüdungsverhaltens erforderlich. Es erfolgen Untersuchungen der Ermüdungsmechanismen in Abhängigkeit des Wärmebehandlungszustandes an hybriden Stahl-Aluminiumproben mit dem Ziel Wärmebehandlungsstrategien zur Erhöhung der Lebensdauer zu erarbeiten. Die in der ersten Förderperiode erarbeiteten Erkenntnisse zur Bildung, zum Wachstum und zu den statisch-mechanischen Eigenschaften der intermetallischen Zwischenschicht und die an Verbundproben gewonnenen Erkenntnisse zur Steigerung der Lebensdauer mittels geeigneter Wärmebehandlungsstrategien sollen letztlich die Grundlage zur lebensdauergerechten Wärmebehandlung komplexer Demonstratorbauteile bilden. Darüber hinaus wird die Wärmebehandlung fortgeführter bzw. neuartiger Demonstratorbauteile und Werkstoffkombinationen ausgelegt und durchgeführt.
Ergebnisse
Bei der Wärmebehandlung der Aluminiumkomponente war das Ziel einen T6-Zustand, bei dem durch das Erzeugen fein verteilter Ausscheidungen eine Festigkeitssteigerung erreicht wird, einzustellen. Während des Lösungsglühens wächst jedoch die sehr spröde intermetallische Phase, die sich bei der Herstellung zwischen dem Stahl und dem Aluminium gebildet hat, was sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften auswirkt. Um dies zu verhindern wurde die Lösungsglühtemperatur abgesenkt und die Lösungsglühdauer minimiert. Dadurch konnte die Zugfestigkeit im Vergleich zum Ausgangszustand erhöht und die intermetallische Phase möglichst dünn gehalten werden.
Für die Wärmebehandlung der Stahlkomponente wurde eine Temperierungsanlage mit einer Induktionserwärmungseinheit und einer Luft-Wasser-Spraykühleinheit (Abbildung 1) entwickelt und aufgebaut. Diese ermöglicht ein Randschichthärten der Stahlkomponente nahe der Fügezone ohne das dabei die Aluminiumkomponente aufschmilzt. Durch die Verwendung eines angepassten Feldformers (Abbildung 2) konnte ein homogeneres Härtebild erzeugt sowie der Abstand zur Fügezone reduziert werden.
Des Weiteren konnte eine Prozessintegrierte Wärmebehandlung für Kegelräder realisiert werden (Abbildung 3). Dabei erfolgt ein prozessintegriertes Randschichtvergüten von Kegelrädern, bei dem die Regelung der Selbstanlasstemperatur durch Luft oder Luft-Wasser Spraykühlung erfolgt. Durch die Variation der Abschreckdauer und Selbstanlasstemperatur in die Einstellung definierter mechanischer Eigenschaften möglich.
Aktuelle Arbeiten und Ausblick
Im weiteren Verlauf des Projektes werden Ermüdungsexperimente an reibgeschweißten und wärmebehandelten sowie an umgeformten und anschließend wärmebehandelten Stahl-Aluminiumproben durchgeführt. Dabei wird untersucht, für welche Wärmebehandlungszustände der Aluminiumlegierung in Folge der zyklischen Belastung ein Versagen in dem intermetallischen Phasensaum oder im Bereich des Aluminiumwerkstoff-Grundmaterials auftritt. Danach wird auch das lokale Verformungsverhalten an der Grenzschicht zwischen dem Stahl und dem Aluminium untersucht, um ein detailliertes Verständnis der wirksamen Ermüdungsmechanismen zu erarbeiten. Darüber hinaus wird untersuch ob die Verlagerung des Versagensortes durch eine gezielte lokale Entfestigung möglich ist. Parallel dazu werden geeignete Strategien zur Wärmebehandlung der in der zweiten Förderperiode neu hinzugekommenen Demonstratorbauteile bzw. der erweiterten Materialkombinationen entwickelt.
Veröffentlichungen
Teilprojektleitung
30823 Garbsen
30823 Garbsen
Teilprojektbearbeitung
30823 Garbsen
30823 Garbsen
