Untersuchung und gezielte Verstärkung des stoffschlüssigen Fügens durch Verfahren der Kaltmassivumformung

Arbeitsgruppe A | Stoffschluss

 
 
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Untersuchung und gezielte Verstärkung des stoffschlüssigen Fügens durch Verfahren der Kaltmassivumformung

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche, TU Darmstadt
Dr. Andreas Erbe, MPIE Düsseldorf

 
 

Zusammenfassung:

Verfahren der Kaltmassivumformung zeichnen sich durch ihre hohe Maßgenauigkeit sowie eine gute Werkstoffausnutzung aus. Die hergestellten Bauteile weisen eine hohe Oberflächengüte und einen geringen Energieeinsatz für die Formgebung auf. Bedingt durch die Kaltverfestigung des Materials bei niedrigen Umformtemperaturen und hohen Umformgraden eignen sich kaltmassivumgeformte Bauteile besonders für hohe mechanische Belastungen. Die verfahrensspezifischen tribologischen Lasten können während der Kaltmassivumformung dazu genutzt werden, einen Stoffschluss zwischen zwei Fügepartnern zu erreichen.

 
 
Abbildung 1: Methodenauswahl
Abbildung 1: Methodenauswahl
 
 

Dadurch wird es möglich, die Vorteile der Kaltmassivumformung mit denen eines funktionalen Materialverbundes zu kombinieren. Das Potential dieses Materialverbundes entfaltet sich durch die Möglichkeiten zur gezielten Lastanpassung im Falle des partiellen Einsatzes fester Materialien sowie zur Gewichtsreduktion beim Einsatz leichter Strukturwerkstoffe. Des Weiteren liegen durch das Auskleiden oberflächennaher Bereiche mit teuren, korrosionsbeständigen Werkstoffen weitere mögliche Vorteile wie eine Kostensenkung, nahe. Ebenso können partielle magnetische Eigenschaften in Bauteile eingebracht werden.

Zielsetzung dieses Forschungsvorhabens ist es, mit den Methoden der Oberflächenanalytik die Kontaktflächen sowie die Wandlung der inneren und äußeren Grenzschicht in interdisziplinärer Zusammenarbeit zu untersuchen, um so tiefergehendes Verständnis über den zu Grunde liegenden Fügemechanismus zu gewinnen. In der laufenden zweiten Phase des Schwerpunktprogramms stehen die Gestaltungsrichtlinien für potentielle Anwendungen des Kaltfließpressschweißens sowie die gezielte Untersuchung von Möglichkeiten zur Steigerung des Verbundfestigkeit im Vordergrund, um so Verbindungen mit dem zuvor als nicht kaltschweißbar klassifizierten Werkstoff Stahl und anderen Werkstoffen zu ermöglichen. Der Einfluss verschiedener chemischer, physikalischer und mechanischer Oberflächenbehandlungen auf die resultierende Adhäsionsneigung wird untersucht. Neben der Versprödung der Randschicht durch kaltverfestigende, mechanische Verfahren, wird weiterhin untersucht, ob durch eine gezielte Temperaturführung der Kontaktpartner oder durch die geometrische Feingestalt der Fügeflächen der Fügemechanismus vorzeitig aktiviert oder verstärkt werden kann. Insbesondere der Einfluss der Temperatur der Fügepartner soll eingehend untersucht werden, um einerseits gezielt Adhäsion herbeizuführen und andererseits den Verbund durch die Überlagerung eines Kraftschlusses zu stärken. Auf Grund der geometrisch bedingten ungleichmäßigen Kontaktbedingungen stellt sich eine ebenso ungleichmäßig verteilte Verbundfestigkeit entlang der Grenzfläche ein. Mittels einer weiteren Umformstufe wird untersucht, inwiefern zuvor nicht verbundene Bereiche durch das Einleiten weiterer Oberflächenfreilegung sowie hoher mechanischer Spannungen gefügt werden können. Die Eignung und Entwicklung von Wärmebehandlungsstrategien wird mit dem Ziel verfolgt, die Festigkeit der Verbundzone zu erhöhen und gleichzeitig die Eigenschaften des Grundmaterials nicht negativ zu beeinflussen.

Das Ende dieser Phase mündet in der Bereitstellung von Prozessgestaltungsgrundlagen für das Fließpressen mehrerer deformierbarer Körper unter Berücksichtigung von fügespezifischen Rahmenbedingungen.

 
 

Veröffentlichungen:

2016   
  Cold Pressure Welding – Bonding Mechanisms and the Effect of Surface Treatment on the Bond Formation -Invited Keynote Talk Wohletz, S.; Groche, P.
In: International Symposium on Plasticity 2016, 03.01.2016–09.01.2016, Kona, HI, USA, 2016
2015   
  Metallische Verbunde durch Fließpressen Wohletz, S.; Groche, P.; Altin, A.; GmbH, VDI Wissensforum (ed.)
In: 30. Jahrestreffen der Kaltmassivumformer, Düsseldorf, 2015
  Bond Formation by Cold Extrusion Welding Wohletz, S.
In: Department Seminar of the Max-Planck-Institut für Eisenforschung, 01.07.2015, Düsseldorf, 2015
2014   
  Formende Fügeverfahren für artungleiche Verbindungen Wohletz, S.; Groche, P.
In: DGM-Fortbildungsseminar Fügen hybrider Verbindungen, 19.11.2014–20.11.2014, Bremen, 2014
  Material Adherence in Cold Welding by Cold Forging Wohletz, S.; Groche, P.
In: The 20th International Symposium on Plasticity and Its Current Applications. Numerical Engineering Analysis and Testing Inc., Freeport, The Commonwealth of The Bahamas, 2014
  Joining by forming – A review on joint mechanisms, applications and future trends Groche, P.; Wohletz, S.; Brenneis, M.; Pabst, C.; Resch, F.
In: Journal of Materials Processing Technology, 214 (214) pp. 1972–1994, 2014
  Nanoscale understanding of bond formation during cold welding of aluminum and steel Altin, A.; Wohletz, S.; Krieger, W.; Kostka, A.; Groche, P.; Erbe, A.
In: Advanced Materials Research, 966-967 pp. 445–452, 2014
  Effect of the primary heat treatment on the bond formation in coldwelding of aluminum and steel by cold forging Groche, P.; Wohletz, S.; Erbe, A.; Altin, A.:
In: Journal of Materials Processing Technology, 214 pp. 2040–2048, 2014
  Temperature Influence on Bond Formation in Multi-material Joining by Forging Wohletz, S.; Groche, P.
In: Procedia Engineering, 81 pp. 2000–2005, 2014
2013   
  Combined Cold Extrusion of Aluminum and Steel – A Production Technique Combining High Strength and Lightweight Material in a Cold State Wohletz, S.; Özel, M.; Groche, P.
In: New Developments in Forging Technology, Stuttgart, 2013
 

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