Herstellung beanspruchungsangepasster Aluminiumbauteile durch Steuerung der lokalen Abkühlraten im Rahmen eines kombinierten Umform-, Abschreck- und Aushärteprozesses (Tailor Quenched Forming)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein; Professor Dr.-Ing. Ulrich Prahl
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456415464

Der Einsatz hochfester Werkstoffe in sicherheitsrelevanten Fahrzeugkomponenten ist ein etabliertes Verfahren zur Steigerung des Insassenschutzes. Durch die gezielte Einstellung der mechanischen Eigenschaften können beanspruchungsgerechte Bauteile mit lokal angepassten Bauteilfestigkeiten hergestellt werden. Diese haben im Crashfall den Vorteil, die auftretenden Energien gezielt zu absorbieren oder in andere Fahrzeugbereiche umzulenken. Entscheidend hierbei sind Bauteile mit lokal angepassten mechanischen Eigenschaften, welche sowohl harte als auch duktile Bereiche vereinen. Bislang werden diese Bauteile lediglich mithilfe des partiellen Presshärtens von Stahlkomponenten hergestellt. Eine neue Möglichkeit maßgeschneiderte Strukturbauteile unter Berücksichtigung des Leichtbaugedankens zu realisieren, ist der Einsatz eigenschaftsangepasster, hochfester, aushärtbarer Aluminiumbauteile. Durch simultane Abschreck- und Umformoperationen können die Eigenschaften zuvor lösungsgeglühter Komponenten gezielt während des Umformprozesses eingestellt werden. Entscheidender Einflussfaktor ist dabei die im Werkstoff realisierte Abkühlgeschwindigkeit und die daraus resultierenden Ausscheidungsmechanismen. Mithilfe lokal unterschiedlich temperierter Werkzeuge ist zukünftig die Herstellung eigenschaftsangepasster Strukturbauteile aus hochfesten Aluminiumlegierungen möglich. Für die Auslegung und Simulation dieses Umformprozesses sind thermisch gekoppelte Werkstoffmodelle notwendig. Ziel dieses Projektes ist es daher zunächst das Gefügeverhalten hochfester Aluminiumlegierungen in Abhängigkeit der Abkühlrate sowie der mechanischen Spannungszustände zu bestimmen um anschließend ein thermomechanisch gekoppeltes Werkstoffmodell zu erstellen. Dieses wird im Anschluss in eine Ausscheidungssimulation übertragen und ermöglicht die Überführung der simultanen Umform- und Abschreckoperation auf eine FEM-Simulation. In praktischen Versuchen werden hierfür die Einflussgrößen des Wärmeübergangs zwischen Werkzeug und Bauteil untersucht. Zudem wird die Möglichkeit der in den Umformprozess integrierten Aushärtung im Werkzeug gegenüber konventioneller Aushärtung in einem Ofen untersucht und verglichen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend anhand einer vereinfachten Demonstratorgeometrie verifiziert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen