Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Tailored Tempering von 7xxx-Aluminiumlegierungen

Höchstfeste Aluminiumlegierungen der 7xxx-Reihe besitzen eine hohe spezifische Festigkeit, weshalb sie sich besonders für den Einsatz im Karosseriebau eignen. Jedoch ist ein Einsatz aufgrund der geringen Umformbarkeit bei Raumtemperatur beschränkt. Bisher verfolgte Ansätze die Umformbarkeit zu steigern, zielen auf eine Erhöhung der Umformtemperatur ab. Eine weitere Variante ist es den W-Temper-Zustand nach dem Lösungsglühen zu nutzen, um das Material umzuformen. Dies bietet den Vorteil, dass die einzelnen Wärmebehandlungsschritte vom Lösungsglühen bis zum Warmauslagern individuell eingestellt werden können, um Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften herzustellen. Die Umformbarkeit im W-Temper-Zustand ist allerdings aufgrund der Kaltaushärtung der Werkstoffe vom alterungszustand abhängig. In diesem Forschungsvorhaben soll daher die Einstellung gradierter Bauteileigenschaften mittels eines angepassten Abschreckvorgangs untersucht werden. Die Platinen werden nach dem Lösungsglühen mittels einer Sprayfeldeinrichtung partiell abgeschreckt. Dadurch können im nachgelagerten Wärmebehandlungsprozess unterschiedliche mechanische Eigenschaften eingestellt werden. Diese sowie die korrosiven Eigenschaften der untersuchten Werkstoffe werden anschließend ermittelt. Die so erstellen Bauteile werden zusätzlich auf ihre Maßhaltigkeit sowie die sich einstellende Formänderung hin analysiert. Die alterungsabhängige Umformbarkeit wird in einem weiteren Untersuchungspunkt mittels der Aufnahme von Grenzformänderungskurven untersucht.

KMU werden nach Beendigung des Vorhabens aufgrund der Erkenntnisse ihre Wirtschaftlichkeit sowie das technologische Niveau ihrer Fertigung steigern können. Neben den unmittelbar profitierenden KMU im Sektor der Wärmebehandlungsanlagen und Schmierstoffherstellung können weitere Branchen die Projektergebnisse nutzen. Dies sind zum Beispiel Hersteller von mechanischen Fügeanlagen, die durch die gesteigerte Herstellung von Aluminiumbauteilen profitieren.

Ergebniszusammenfassung:

Die in dem Projekt qualifizierte Prozessroute ist so ausgelegt, dass eine schnelle Umsetzung möglich ist, da durch die Kaltumformung bisherige Anlagentechnik zur Umformung verwendet werden kann. Ebenso sind die verwendeten Aluminiumlegierungen und Schmiermittel kommerziell verfügbar. Die im Projekt ermittelten Parameter zur Wärmebehandlung können genutzt werden, um Parameterstudien in den umsetzenden Firmen zu reduzieren und somit die Umsetzung zu vereinfachen. Durch die kombinierte Wärmebehandlung sind Parameter ermittelt worden, die durch die Verknüpfung mit dem KTL-Prozess direkt auf Karosseriebauteile der Automobilindustrie angewendet werden können. Weiterhin können die Parameter bereits jetzt durch Lohnhärterein verwendet werden, um die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen aus 7xxx-Aluminiumlegierungen gezielt einzustellen. Die positiven Ergebnisse der Spannungsrisskorrosionsuntersuchungen unterstützen zudem die Akzeptanz von 7xxx-Aluminiumlegierungen. Die bisher als kritisch eingestufte Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion konnte für die in Frage kommenden Blechdicken als unkritisch identifiziert werden. Die ermittelten Wärmeübergangskoeffizienten und Abschreckparameter für die partielle Abkühlung im Sprayfeld, können genutzt werden, um Anlagen zur partiellen Abkühlung auszulegen. Anbieter von Wärmebehandlungsanlagen können somit ihr Produktportfolio erweitern. Durch die Integration der Messung der elektrischen Leitfähigkeit ist es zudem möglich, ein zerstörungsfreies Prüfverfahren zur Inline-Prozessüberwachung einzusetzen. Die Ergebnisse zur Bestimmung von Fließkurven und Grenzformänderungskurven können von interessierten Unternehmen verwendet werden, um die Auslegung von Umformprozessen bereits in einer frühen Entwicklungsphase voranzutreiben. Die ermittelten Prozessgrenzen in den Tiefziehversuchen helfen ebenfalls bei der Auswahl der Umformprozesse.