Mechanismenbasierte Charakterisierung und Bewertung der Leistungsfähigkeit unter Druck resistiv gesinterter Halbzeuge aus wiederverwerteten Aluminiumspänen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens; Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454199925

Aufgrund der zunehmenden Ressourcenknappheit werden Forderungen hinsichtlich eines energieeffizienten Recyclings für Aluminium immer größer. Das direkte Solid-State-Recycling von Aluminiumspänen verspricht im Vergleich mit herkömmlichen wiederaufschmelzenden Recyclingverfahren eine signifikante Energieeinsparung bei gleichzeitiger Reduzierung des Materialverlusts durch Abbrand. In der zweiten Förderphase des Forschungsprojekts stehen erweiterte Forschungsfragen zur Wiederverwertung von Aluminiumspänen und damit korrelierende Eigenschaften im Vordergrund. Während in der ersten Phase grundlegende Mechanismen und Wirkzusammenhänge aufgeklärt wurden und so vor allem die Qualität der Verbindungsstellen zwischen den Spänen in Bezug auf den Oxidaufbruch deutlich gesteigert werden konnte, zielt die zweite Phase auf eine gemeinsame Betrachtung von Spangrenze und Material ab. Das übergeordnete Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung und Charakterisierung eines Verfahrens zur integrierten Wärmebehandlung während der Wiederverwertung von Aluminiumspänen auf Grundlage der mechanismenbasierten Prozess-Struktur-Eigenschaft-Beziehung. Zu berücksichtigende Forschungsfragen beziehen sich vor allem auf die Kombination aus Sintern und Umformen und die Interaktion der unterschiedlichen Verfestigungsarten während einer Wärmebehandlung. Der vorgestellte Ansatz der integrierten Wärmebehandlung bietet auf innovative und weit über den Stand der Technik hinausgehende Weise das Potenzial, nachfolgende energieintensive Wärmebehandlungen zu vermeiden und kombiniert die Festigkeitssteigerung durch Ausscheidungsbildung mit der im Umformprozess eingebrachten Kaltverfestigung. So lassen sich anwendungsangepasste Werkstoffeigenschaften erzeugen, die für spanbasierte Materialien gänzlich unerforscht sind. Durch Nutzung hybrider Bauteile lassen sich Eigenschaften wie Duktilität und Festigkeit unterschiedlicher Legierungen in einem Bauteil kombinieren. Neben Zug- und Ermüdungsversuchen zur mechanischen Charakterisierung werden mehraxiale Untersuchungen zur Aufstellung eines Schädigungsmodells für die erzeugten Bauteile durchgeführt. Diese werden ergänzt durch metallografische Methoden, kombiniert mit FIB-REM-Analysen zur detaillierten Untersuchung der Spangrenzen sowie computertomografische Messungen zur Detektion der Defektstruktur, um eine vollständige Charakterisierung des Werkstoffs abhängig der verwendeten Prozessparameter zu gewährleisten. Gesellschaftspolitisch kommt dem Projekt damit eine hohe Relevanz zu, da neben der signifikanten Energieeinsparung eine weiteres Einsparpotential durch Nutzung der Prozesswärme ertüchtigt werden kann. Zudem werden über die in der ersten Förderphase realisierte Herstellung von Halbzeugen hinausgehend direkt endkonturnahe Bauteile erzeugt, sodass die sonst notwendige Umformoperation ebenfalls im Sinne der Energie- und Ressourceneinsparung entfällt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen