TY - BOOK

T1 - Bestimmung der Einflussfaktoren auf die Haftfestigkeit von Aluminium-Stahl-Verbundblechen

AU - Buchner, Michaela

N1 - nicht gesperrt

PY - 2008

Y1 - 2008

N2 - Die zunehmende Bedeutung von Leichtbaustrukturen benötigt im zunehmenden Maße moderne Werkstoffverbunde, da kein einzelner Werkstoff mehr allen technologischen Anforderungen genügt. Mittels der Anwendung von metallischen Schichtverbunden, wie z.B. Aluminium und Stahl, versucht man diese Problemstellung in der Praxis zu lösen. Bei herkömmlichen Schmelzschweißverfahren kommt es allerdings beim Fügen von Aluminium und Stahl zur Ausbildung von spröden intermetallischen Phasen. Aus diesem Grund wird versucht, die beiden Werkstoffe mittels alternativer Fügetechniken, wie z.B. Walzplattieren, zu verbinden. Um eine Verbesserung der Haftfestigkeit dieser Werkstoffverbunde zu erreichen, ist es notwendig die wichtigsten Einflussfaktoren zu kennen. Ziel der vorliegenden Arbeit war eine Grundlagenstudie zur Herstellung, Modellierung und Bewertung von walzplattierten Aluminium-Stahl-Verbundblechen. Hierbei wurde der Einfluss der Stahloberfläche, der Oberflächenvorbehandlung, der Anwärmtemperatur der Aluminium- und Stahlbleche, der Walzgeschwindigkeit, der Dickenabnahme, der Abkühlbedingungen und der Wärmenachbehandlung auf die Haftfestigkeit der Werkstoffverbunde mittels Zugscher-, Querzug-, sowie Hin- und Herbiegeversuchen analysiert. Weiters wurde der mittlere Abstand zwischen den Blechen bzw. die Größe existierender Oxide mittels REM, die Ausbildung eventueller intermetallischer Schichten mittels EDX und die Oberflächenstruktur der getrennten Bleche mittels konfokalen Laser-Rastermikroskops ermittelt. Bei der Beurteilung des Einflusses der Walzparameter hatten die Oberflächenvorbehandlung, die Dickenabnahme, die Anwärmtemperatur und eine eventuelle Wärmenachbehandlung entsprechend den Erwartungen einen signifikanten Einfluss auf die Haftfestigkeit, wohingegen Walz- und Abkühlgeschwindigkeit keinen relevanten Einfluss zeigten. Die Ergebnisse der Walzversuche ergaben, dass Entfetten kombiniert mit Schleifen, eine Erwärmung der Stahlbleche und eine Warmaushärtung des Aluminums zu bevorzugen sind, um eine gute Haftfestigkeit zu erreichen. Der Ansatz des neu entwickelten Haftfestigkeitsmodells basiert auf numerischen Simulationen auf makroskopischer und mikroskopischer Ebene. Hierbei werden die Temperatur- und Spannungsverteilung, sowie die Oberflächenvergrößerungen der Einzelbleche während des Walzprozesses mittels makroskopischer Modellebene und die Vorgänge an der Grenzschicht, wie das Anschmiegen der Rauheitsspitzen, in der mikroskopischen Modellebene bestimmt.

AB - Die zunehmende Bedeutung von Leichtbaustrukturen benötigt im zunehmenden Maße moderne Werkstoffverbunde, da kein einzelner Werkstoff mehr allen technologischen Anforderungen genügt. Mittels der Anwendung von metallischen Schichtverbunden, wie z.B. Aluminium und Stahl, versucht man diese Problemstellung in der Praxis zu lösen. Bei herkömmlichen Schmelzschweißverfahren kommt es allerdings beim Fügen von Aluminium und Stahl zur Ausbildung von spröden intermetallischen Phasen. Aus diesem Grund wird versucht, die beiden Werkstoffe mittels alternativer Fügetechniken, wie z.B. Walzplattieren, zu verbinden. Um eine Verbesserung der Haftfestigkeit dieser Werkstoffverbunde zu erreichen, ist es notwendig die wichtigsten Einflussfaktoren zu kennen. Ziel der vorliegenden Arbeit war eine Grundlagenstudie zur Herstellung, Modellierung und Bewertung von walzplattierten Aluminium-Stahl-Verbundblechen. Hierbei wurde der Einfluss der Stahloberfläche, der Oberflächenvorbehandlung, der Anwärmtemperatur der Aluminium- und Stahlbleche, der Walzgeschwindigkeit, der Dickenabnahme, der Abkühlbedingungen und der Wärmenachbehandlung auf die Haftfestigkeit der Werkstoffverbunde mittels Zugscher-, Querzug-, sowie Hin- und Herbiegeversuchen analysiert. Weiters wurde der mittlere Abstand zwischen den Blechen bzw. die Größe existierender Oxide mittels REM, die Ausbildung eventueller intermetallischer Schichten mittels EDX und die Oberflächenstruktur der getrennten Bleche mittels konfokalen Laser-Rastermikroskops ermittelt. Bei der Beurteilung des Einflusses der Walzparameter hatten die Oberflächenvorbehandlung, die Dickenabnahme, die Anwärmtemperatur und eine eventuelle Wärmenachbehandlung entsprechend den Erwartungen einen signifikanten Einfluss auf die Haftfestigkeit, wohingegen Walz- und Abkühlgeschwindigkeit keinen relevanten Einfluss zeigten. Die Ergebnisse der Walzversuche ergaben, dass Entfetten kombiniert mit Schleifen, eine Erwärmung der Stahlbleche und eine Warmaushärtung des Aluminums zu bevorzugen sind, um eine gute Haftfestigkeit zu erreichen. Der Ansatz des neu entwickelten Haftfestigkeitsmodells basiert auf numerischen Simulationen auf makroskopischer und mikroskopischer Ebene. Hierbei werden die Temperatur- und Spannungsverteilung, sowie die Oberflächenvergrößerungen der Einzelbleche während des Walzprozesses mittels makroskopischer Modellebene und die Vorgänge an der Grenzschicht, wie das Anschmiegen der Rauheitsspitzen, in der mikroskopischen Modellebene bestimmt.

KW - Aluminium

KW - Stahl

KW - Überlapppressschweißen

KW - Walzplattieren

KW - Simulation

KW - aluminium

KW - steel

KW - lap welding

KW - roll bonding

KW - simulation

M3 - Dissertation

ER -