Experimentelle und numerische Technologieauslegung für das Gießwalzen von hochgradig partikelverstärkten Aluminium-Matrix-Composite (AMC)-Flachprodukten für Tiefziehanwendungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Thomas Grund, seit 5/2024; Dr.-Ing. Kay-Peter Hoyer, seit 4/2024
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525183593

Partikelverstärkte Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe (AMC) besitzen ein Anwendungspotenzial, das durch verschiedenen Randbedingungen beschränkt wird. Die Randbedingungen ergeben sich aus wechselseitig wirkenden werkstofftechnischen und produktionstechnischen Problemen. Einerseits verlangen großtechnische Anwendungen nach robusten, reproduzierbaren und kontinuierlichen Prozessen zur Werkstoffproduktion, die durch eine neue Generation von kontinuierlichen AMC-Gießprozessen abgebildet werden. Andererseits sind die in Gießprozessen erreichbaren Werkstoffqualitäten durch technologisch nicht vermeidbare Werkstoffinhomogenitäten begrenzt. Bisher beschränken sich schmelzmetallurgische urformende Prozesse der AMC-Herstellung zudem auf Aluminiumgusslegierungen als AMC-Matrix. Deshalb sind AMC-Werkstoffe vorrangig nur als einfache Halbzeuge oder Masseln vergossen. Bänder für eine anschließende umformende Verarbeitung oder für AMC-Blechanwendungen existieren bisher nicht, würden aber das Anwendungsfeld von AMC-Werkstoffen stark erweitern. Eine Kombination von schmelzmetallurgischer Urformung und (thermo-)mechanischer Umformung ermöglicht das Zwei-Rollen-Gießwalzen, das bandförmige Halbzeuge mit im Vergleich zum reinen Gusswerkstoff stark reduziertem Anteil an Werkstoffinhomogenitäten erzeugt. Technologisch bedingte Gradienten im Gießwalzgefüge können durch die Zugabe von schmelzmetallurgisch aktiven Partikeln reduziert werden. Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens liegt in der Formulierung von Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftskorrelationen, um AMCs in unterschiedlichen Werkstoffzuständen in der numerischen Prozessauslegung berücksichtigen zu können. Dabei dienen die gezielt angewandten Charakterisierungsmethoden der Analyse der Werkstoff-Prozessinteraktion, um darauf aufbauend in der geplanten Projektfortsetzung die Werkstoffmodellierung und -simulation intensiveren zu können. Hierfür sollen die bislang vorrangig aus Gusslegierungen (AlSi7Mg bzw. AlSi9Mg) gewählten Matrixwerkstoffe durch eine aushärtbare Knetlegierung (EN AW-6082) substituiert werden, um die Potentiale dieser Werkstoffgruppe zu erweitern. Neben der damit verbundenen AMC-Werkstoffentwicklung und Prozessauslegung wird die Werkstoffcharakterisierung für die einzelnen Prozessstufen Rührgießen, Gießwalzen, Warmwalzen und Tiefziehen inkl. notwendiger Wärmebehandlungen durchgeführt, um eine numerische Vorausberechnung von Umformkräften, Stofffluss, Mikrostruktur oder Schädigungen zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragsteller: Dr.-Ing. Marcel Graf, bis 5/2024; Dr. Olexandr Grydin, bis 4/2024