Massivumformung Stahl-Aluminium-Hybridteile mittels Massivumformung herstellen

Die Herstellung hybrider Bauteile aus Stahl und Aluminium mittels Massivumformung stellt eine erfolgversprechende Methode dar, einbaufertige Funktionsteile in wenigen Prozessschritten ressourcenschonend herzustellen. Die mechanischen Eigenschaften des Bauteils können dadurch gezielt an das Anforderungsprofil angepasst werden.

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Aachener Maschinenbau GmbH

Schages GmbH & Co.KG

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Leibniz Universität Inst. für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM)

In Zeiten steigender Energiepreise kommt dem Leichtbau in der Automobilindustrie eine besondere Rolle zu. Daher wird vermehrt versucht, Komponenten aus Stahl durch Bauteile aus Leichtmetall zu ersetzen. Bei mechanisch hoch beanspruchten Bauteilen, wie beispielsweise Zahnrädern, ist dies jedoch oft mit einer Verschlechterung wichtiger Bauteileigenschaften verbunden.

Leichtbau erfordert lokal angepasste Materialeigenschaften

Im Betrieb wirken auf Bauteile zudem komplexe Belastungsprofile mit häufig unterschiedlichen Beanspruchungen in den einzelnen Bauteilbereichen [1]. Aufgrund dessen besteht das Bestreben nach anforderungsoptimierten Bauteilen mit lokal angepassten Materialeigenschaften, die zusätzlich den Anforderungen des strukturellen Leichtbaus entsprechen.

Verbundschmieden ist das form- und stoffschlüssige Fügen von mindestens zwei verschiedenen Werkstoffen bei gleichzeitiger bildsamer Formgebung (Bild 1 – siehe Bildergalerie). Das hybride Bauteil besteht bei einem Forschungsprojekt des Instituts für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) der Leibniz-Universität Hannover aus einem Aluminiumkern, welcher von einem verschleißfesten Stahlmantel umhüllt ist. Bei der gewählten Werkstoffpaarung werden die Vorzüge beider Materialien, das geringe spezifische Gewicht des Aluminiums und die hohe Verschleißfestigkeit des Stahls, optimal ausgenutzt.

Die Erwärmung des hybriden Rohteils stellt beim Verbundschmieden eine besondere Herausforderung dar. Stahl wird für ein ausreichendes Formänderungsvermögen bei einer Temperatur von mindestens 900 °C warmumgeformt, während Aluminium aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts eine Temperatur von 500 °C nicht überschreiten sollte.

Versuche zum Erwärmungs- und Abkühlverhalten hybrider Rohteile

Zur Realisierung des geforderten Temperaturgradienten im hybriden Schmiederohteil bietet sich das Verfahren der induktiven Erwärmung an. Über die Generatorfrequenz kann die Zone der maximalen Wärmeeinbringung durch Nutzung des Skin-Effekts gezielt in den Stahlmantel verlagert werden [2].

Zum Nachweis der Realisierbarkeit des beim Verbundschmieden geforderten Temperaturgradienten wurden umfangreiche experimentelle Versuche zum Erwärmungs- und Abkühlverhalten hybrider Rohteile unter Variation der Anfangstemperatur, des Wärmeübergangskoeffizienten sowie der Rohteilgeometrie durchgeführt.

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