Warmmassivumformung von partiell partikelverstärkten Sinterbauteilen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283970253

Das Einsatzspektrum für Komponenten aus Leichtmetallen (Magnesium, Aluminium oder Titan) wird stetig erweitert, so dass zunehmend Bauteile aus Stahlwerkstoffen durch Leichtmetallteile substituiert werden kön-nen. Allerdings stoßen insbesondere Bauteile aus Magnesium und Aluminium an ihre technischen Grenzen, wenn sie einer hohen Beanspruchung ausgesetzt werden. Aus diesem Grund werden häufig so genannte Metal-Matrix Composites (MMC) eingesetzt, die die positiven Eigenschaften eines Leichtmetalls (geringes Gewicht, hohe Duktilität) und einer Verstärkungsphase (hohe Härte, hohe Festigkeit, gute Verschleißbestän-digkeit) kombinieren. Die meisten MMC-Bauteile werden jedoch mit einer homogen verteilten Partikeldichte produziert, so dass ein relativ hoher prozentualer Anteil der kostenintensiven Verstärkungsphase verwendet werden muss, obwohl nur einige Bauteilbereiche der Belastung ausgesetzt sind. Durch die Herstellung von partiell verstärkten Bauteilen kann der Anteil der Verstärkungsphase reduziert werden. Des Weiteren lassen sich Bauteile mit speziell an das Anforderungsprofil zugeschnittenen Eigenschaften fertigen. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es das spezifische Umformverhalten sowie die mechanischen Werkstoffeigenschaften von partiell partikelverstärkten Pulverbauteilen grundlegend zu untersuchen. Hierzu werden rotationssymmetrische Rohteile, bestehend aus dem Grundwerkstoff und einem MMC (Aluminium- und Keramikpulver), mit konzentrischer Schichtanordnung durch Pulverpressen erzeugt und in einem an-schließenden Sinterprozess weiter verdichtet. Die auf diese Weise hergestellten Rohteile bilden das Ausgangsmaterial für eine umformtechnische Untersuchung, bei der die bestehenden Restporositäten durch einen Stauch- und Fließpressprozess reduziert werden sollen. Hierbei werden die Auswirkungen der unter-schiedlichen Prozessparameter (Umformtemperatur, Umformgeschwindigkeit, Umformgrad) auf den Materi-alfluss des partiell partikelverstärkten Werkstoffsystems und die Gefügeeigenschaften des umgeformten Bauteils analysiert. Auf Basis der unterschiedlichen Werkstoffparameter werden numerische Simulationen zur Analyse der Porenentwicklung während des Umformens durchgeführt, um den Einfluss der Porosität auf das Formänderungsverhalten des eingesetzten Materials zu bestimmen. Es soll ermittelt werden, in wie fern die Veränderung der Restporosität von den vorherrschenden Formänderungsmechanismen abhängt. Gegenüber den meisten bestehenden Untersuchungen zur Herstellung partiell partikelverstärkter Pulverbauteilen bzw. Gradientenwerkstoffe, welche eine axiale Schichtanordnung untersuchen, liegt der Schwerpunkt dieses Forschungsprojektes auf Pulversystemen mit konzentrischer (radialer) Schichtanordnung. Hieraus ergeben sich interessante wissenschaftliche Fragestellungen sowohl für die Halbzeugherstellung als auch für die anschließende Umformung dieser Halbzeuge in Bezug auf deren Materialfluss und Verdichtungseigenschaften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen