Laser-Walzplattieren erzeugt attraktive Werkstoffpaarungen

Anbieter zum Thema

Renishaw GmbH

KNAPP AG

trivid GmbH

Fraunhofer IWS Dresden

Vor dem Einlauf in den Walzenstock erfahren die Ausgangsbänder eine durchgreifende induktive Erwärmung auf Temperaturen von etwa 700 °C. Der in den Walzspalt justierte und mit Hilfe einer speziellen Optik linienförmig fokussierte Laserstrahl erhitzt unmittelbar vor dem Verwalzen nur die beiden zu fügenden Innenseiten der Bänder bis knapp unter Schmelztemperatur.

Dadurch lokalisiert sich die Verformung im Walzspalt weitgehend auf die laserstrahlerhitzten Volumina. Das führt schon bei geringen Gesamtumformgraden zu einer für die metallische Bindung ausreichenden Verformung der Fügezone. Eine Momentaufnahme des Prozesses ist in Bild 3 zu sehen.

Grenzflächenfreier Übergang des Gefüges

Unter dem Einfluss des Walzendrucks und bei Vermeidung des schmelzflüssigen Zustandes bildet sich zwischen beiden Bändern ein gleichmäßiger, fehler- und grenzflächenfreier Gefügeübergang aus (Bild 4). Es entsteht eine durchgehend metallische Bindung, wobei die Körner über die ehemalige Grenzlinie hinweg rekristallisieren (Bild 5). Eine Aufhärtung des Vergütungsstahles wird vermieden.

Das bei Walzgeschwindigkeiten bis 14 m/min plattierte Band, das unmittelbar nach dem Walzspalt kontinuierlich in Stücke geschnitten werden kann, lässt sich im walzplattierten Zustand nahezu beliebig verformen (Bild 6). Somit kann es ohne eine anschließende Wärmebehandlung direkt spanend, umformend oder schweißtechnisch weiterverarbeitet werden.

Laser-Walzplattieren kombiniert mehr Bandwerkstoffe als konventionelles Walzplattieren

Im Vergleich zu konventionellen Walzplattierverfahren erhält man beim Laser-Walzplattierverfahren eine höhere Variabilität bei Kombination unterschiedlich dicker, auf die jeweilige Applikation ausgelegter Bandwerkstoffe. Grund dafür ist die Lokalisierung der Verformung auf die fügezonennahen Bereiche.

Die Wirtschaftlichkeit des Laser-Walzplattierverfahrens wird sehr stark von der Leistungsfähigkeit der eingesetzten Laser bestimmt. Aufgrund der Kombination mit einer induktiven Vorwärmung der Bänder kann die verfügbare Laserenergie optimal genutzt und die Effektivität dieses Verfahrens wesentlich erhöht werden. Dennoch ist dieses Plattierverfahren vorzugsweise auf die Verarbeitung von zumindest einem Walzpartner als Schmalband ausgelegt.

Fertigung von Nocken aus Verbundhalbzeug

Die damit hergestellten Halbzeuge aus dem Verbund härtbarer Stahl und preiswerter oder schweißbarer Trägerwerkstoff sind für die Fertigung von Teilen der Antriebstechnik geeignet, zum Beispiel von Nocken der in Bild 7 gezeigten gebauten Nockenwelle. Aus diesem Verbundhalbzeugen können auch Zahnstangen hergestellt, Zahnräder gebaut, Spindeln und Werkzeuge wie Bohrer und Sägebänder gefertigt werden. Außerdem ermöglicht das Laser-Walzplattierverfahren die Herstellung von Verbundhalbzeugen aus nicht oder schwer schweißbaren NE-Werkstoffkombinationen, zum Beispiel aus Titan-Aluminium, Nickel-Titan und Nickel-Aluminium.

Darüber hinaus ist es denkbar, dass mit diesem Verfahrensprinzip Plattierungen direkt auf der Bauteiloberfläche vorgenommen werden könnten. Dadurch ließen sich unter anderem Anwendungspotenziale bei der Fertigung von Führungsbahnen, Verschleißleisten und profilierten Walzen erschließen.

Dipl.-Ing. Volker Fux ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Füge- und Randschichttechnologien des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS), Dresden. Prof. Dr. Berndt Brenner leitet die Abteilung am Institut. Karl Merz ist Geschäftsführer der MEC Laser AG, Leimbach/Schweiz.

(ID:283270)