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Effektiver Leichtbau durch ECAP von Aluminium-Blechwerkstoffen

Februar 2021
23
Autor: Max Gruber
Firma: Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen utg, TU München
Effektiver Leichtbau durch ECAP von Aluminium-Blechwerkstoffen

Aktuell wird am utg ein Umformverfahren untersucht, das die gezielte Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Aluminiumblechen ermöglicht. Der Einsatz des sogenannten Equal-Channel Angular Pressings (ECAP) ermöglicht also effektiven Leichtbau und hat so das Potenzial, einen erheblichen Beitrag zur Nachhaltigkeit in der Produktion zu leisten. Ein wichtiger Einflussfaktor ist hierbei die Reibung, die gemeinsam mit dem Spezialschmierstoffhersteller BECHEM untersucht wird.

Equal-Channel Angular Pressing

Das Equal-Channel Angular Pressing (ECAP) ist eine in der Forschung etablierte Methode zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe durch Kornfeinung. Wie der Name bereits verrät, wird beim ECAP ein Rohling durch eine gewinkelte Matrize gepresst. Durch die erzeugte Scherbeanspruchung wird die Mikrostruktur stark deformiert und es entsteht ein feineres Gefüge. Während es bereits profundes Wissen über das ECAP von massiven Werkstoffen gibt, gibt es nur wenige Informationen über die Wirkung von ECAP auf Bleche. Doch erst der Einsatz von Blechwerkstoffen ermöglicht ein großes industrielles Potenzial für das Verfahren. Daher wurde am utg ein Werkzeug für die hydraulische Dieffenbacher-Presse entwickelt, das in der Lage ist, ECAP-Tests für Aluminiumbleche durchzuführen und somit die Grundlagen des Prozesses zu erforschen.

Reibungsuntersuchungen

Besondere Herausforderungen ergeben sich im Speziellen in der Reibung im Kanalwerkzeug. Ist diese zu hoch, kommt es einfacher zur Rissbildung an der Blechoberfläche und zu inhomogenen Mikrostrukturen. Hierfür konnte der utg in Zusammenarbeit mit der Carl Bechem GmbH durch den gezielten Einsatz von Schmierstoffen für Abhilfe sorgen. Die Prozesskräfte konnten durch den Einsatz des neuen Beschichtungsschmierstoffes Beruforge 152 D im Vergleich zu ungeschmierten Blechen teilweise um über 40 % reduziert werden. Zudem konnten die Prozesskräfte auch konstanter gehalten werden, was wiederum eine homogenere Mikrostruktur und bessere Halbzeugoberfläche nach sich zieht.

Vielversprechende Ergebnisse

Aktuell werden mit Hilfe von Zugversuchen die mechanischen Eigenschaften der Blechhalbzeuge untersucht. Erste Ergebnisse zeigen bereits eine deutliche Zunahme der Festigkeit des Werkstoffes. Zudem werden in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften der Technischen Universität Chemnitz kristallografische Messungen durchgeführt, um Aussagen über das Gefüge und die Textur des Werkstoffes zu treffen. Die Gefügeuntersuchungen zeigen, dass im ECAP-Zustand kleinere Körner und komplexere Strukturen vorliegen, die das Gleiten der metallischen Gitterebenen behindern und so höhere Festigkeiten bewirken.