Herstellung und Weiterverarbeitung dünner Al/Mg/Al-Verbundbleche
Verfasser:
Dipl.-Ing. Maik Linnemann, Dr.-Ing. Verena Psyk, Dipl.-Ing. Karsten Richter, Prof. Dr.-Ing. Reinhard Mauermann, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz - M. Sc. Nico Kaden, Dr.-Ing. Matthias Schmidtchen, Prof. Dr.-Ing. Rudolf Kawalla, Institut für Metallformung, Technische Universität Bergakademie Freiberg
81 Seiten - 66,00 EUR (sw, 46 teils farbige Abb., 4 Tab.)
ISBN 978-3-86776-623-4
Zusammenfassung
In den letzten Jahren und Jahrzehnten nahm der Trend zum Leichtbau stetig zu. Dies betrifft nicht nur die klassischen Leichtbaubereiche wie die Luft- und Raumfahrt oder den Automobilbau, sondern auch alltägliche Lebensbereiche wie Sport und Freizeit.
Deshalb kommt es zu verstärkten Forschungsaktivitäten hinsichtlich der Substitution klassischer Stahlwerkstoffe durch Leichtmetalllegierungen auf Basis von Aluminium, Titan oder Magnesium.
Unter diesen Werkstoffen ist Magnesium für Leichtbauanwendungen am vielversprechendsten, da seine Dichte um ein Drittel geringer ist als Stahl, während seine Festigkeit mit der von Aluminium vergleichbar ist. Zudem sind seine Dämpfungseigenschaften, Schweißbarkeit und Bearbeitungsmöglichkeiten gut.
Dennoch ist die industrielle Nutzung von Magnesium im Vergleich zu seinem theoretischen Potenzial noch begrenzt. Dies liegt an den ungünstigen Korrosionseigenschaften und der starken Neigung zur Adhäsion bei der Umformung, die in der Regel bereits bei mäßig erhöhter Temperatur erfolgt.
Die effektivste Möglichkeit, die Korrosionsbeständigkeit dieses Werkstoffs zu erhöhen, besteht darin, eine Beschichtung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung aufzubringen, um die Korrosionsbeständigkeit von Metallen auf Aluminiumbasis mit den hervorragenden mechanischen Eigenschaften von Magnesium und seinem sehr geringen Gewicht zu kombinieren.
Um dies zu erreichen, wurde im Rahmen des Projektes eine Methode zum Aufbringen dünner Aluminiumschichten auf Magnesiumgrundmaterial durch Walzplattieren entwickelt. Anschließend wurden die resultierenden Verbindungen durch metallografische Untersuchungen, Schälzug- und Nakajima-Versuche charakterisiert und die Weiterverarbeitungseigenschaften mit Biege- und Tiefziehversuchen bestimmt.
Darauf aufbauend wurden Korrosionsuntersuchungen durchgeführt und der Verbund hinsichtlich des Potenzials für industrielle Anwendungen bewertet. Dabei wurde deutlich gezeigt, dass sich durch Aufbringen der Aluminiumschicht die Umformbarkeit des Magnesiums verbessern und die Korrosionsneigung verringern lässt.
Somit konnte innerhalb des Projektes ein erheblicher Beitrag geleistet werden, um in Zukunft eine Erhöhung der Anwendung von Magnesium in der Produktion zu ermöglichen.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Herstellung und Weiterverarbeitung dünner Al/Mg/Al-Verbundbleche" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 19762BR über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 566 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
During recent years and decades, a trend towards lightweight design has been steadily developing and growing. This concerns not only the classical lightweight sectors such as aerospace or automotive but also everyday areas of life such as sport and leisure.
This has resulted in increased research activities regarding the substitution of classic mild steel materials by light metal alloys based on aluminum, titanum or magnesium.
Among these materials, magnesium is most promising for lightweight applications, as its density is one third lower, while its strength is comparable to that of aluminum and its damping properties, weldability and machining possibilities are good.
Nevertheless, the industrial use of magnesium is still limited compared to its theoretical potential. This is due to the unfavorable corrosion properties and its strong tendency to adhesion during forming, which is usually carried out at a moderately elevated temperature.
The most effective way to increase the corrosion resistance of this material is to apply a coating of aluminum or an aluminum alloy, in order to combine the corrosion resistance of aluminum-based metals with the outstanding mechanical properties of magnesium and its very low structural weight.
In order to achieve this, the project developed a method for depositing thin aluminum layers on magnesium base material by roll cladding. Subsequently, the resulting com-pounds were characterized by metallographic examinations, peel-tension and Nakajima tests, and the further processing properties were determined with bending and deep-drawing tests.
Based on this, corrosion tests were carried out and the composite was evaluated with regard to its potential for industrial applications. It was clearly shown that applying the aluminum layer improves the formability of the magnesium and reduces its tendency to corrode. The project thus made a significant contribution to increasing the use of magne-sium in production in the future.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
3 Prozessbeschreibung
3.1 Prozessführung während des Plattierens
3.1.1 Variation der Walzstiche und der Blechdickenreduzierung pro Stich
3.1.2 Temperaturführung des Warmwalzplattierens
3.1.3 Einfluss der nachgelagerten Wärmebehandlung auf die Haftfestigkeit
3.2 Detaillierte Prozessparameter zur Verbundblechherstellung
3.2.1 Verwendete Versuchswerkstoffe
3.2.2 Oberflächenvorbehandlung durch Bürsten
3.2.3 Das Walzplattieren
3.3 Lichtmikroskopische Untersuchungen an Schliffen der warmwalzplattierten Verbundbleche
3.4 Prüfverfahren des Werkstoffverbundes
3.4.1 Scherzugversuche
3.4.2 Untersuchung durch den Schälversuch (ISO 11339:2010, ASTM D6862, DIN EN 28510-1)
3.4.3 Nakajima-Versuche
3.4.4 Vergleich des Mg- und Al-Bleches mit dem Verbundwerkstoff
3.4.5 Untersuchungen der Umformzone der FLC-Versuche
3.5 Charakterisierung der Weiterverarbeitungseigenschaften
3.5.1 Temperierte Biegeversuche
3.5.2 Tiefziehversuche
3.5.3 Numerische Modellierung der Weiterverarbeitung
3.5.4 Korrosionsuntersuchungen
4 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
5 Literaturverzeichnis
