Manufacturing of tailored aluminum parts by controlling the local cooling rates in a combined forming, quenching and hardening process (Tailor Quenched Forming)
Third party funded individual grant
Start date : 01.01.2022
End date : 31.12.2023
Project details
Short description
A common method for increasing passenger safety in vehicles is the use of high strength materials for structural safety-relevant parts. Due to the targeted adjustment of the mechanical properties, tailored components can be manufactured with locally adapted component strengths. In case of a crash, they have the ability to absorb or transfer the occurring energy to other regions of the vehicle. It is relevant that these components combine high-strength as well as ductile regions. Until now these components are only produced by modified press hardening operations of steel components. In association with the light-weight concept, a new opportunity to realize tailored components is the use of adapted, high-strength, hardenable aluminum components. During the forming process, the properties of previously solution-annealed components can be adjusted by simultaneous quenching and forming operations. The key influencing factor in quenching and forming operations is the cooling rate. In future, it will be possible to produce property-adapted structural components using high-strength aluminum alloys with the help of different local tool temperatures. Thermally coupled material models are necessary for the simulation of this forming process.
Scientific Abstract
Der Einsatz hochfester Werkstoffe in sicherheitsrelevanten Fahrzeugkomponenten ist ein etabliertes Verfahren zur Steigerung des Insassenschutzes. Durch die gezielte Einstellung der mechanischen Eigenschaften können beanspruchungsgerechte Bauteile mit lokal angepassten Bauteilfestigkeiten hergestellt werden. Diese haben im Crashfall den Vorteil, die auftretenden Energien gezielt zu absorbieren oder in andere Fahrzeugbereiche umzulenken. Entscheidend hierbei sind Bauteile mit lokal angepassten mechanischen Eigenschaften, welche sowohl harte als auch duktile Bereiche vereinen. Bislang werden diese Bauteile lediglich mithilfe des partiellen Presshärtens von Stahlkomponenten hergestellt. Eine neue Möglichkeit maßgeschneiderte Strukturbauteile unter Berücksichtigung des Leichtbaugedankens zu realisieren, ist der Einsatz eigenschaftsangepasster, hochfester, aushärtbarer Aluminiumbauteile. Durch simultane Abschreck- und Umformoperationen können die Eigenschaften zuvor lösungsgeglühter Komponenten gezielt während des Umformprozesses eingestellt werden. Entscheidender Einflussfaktor ist dabei die im Werkstoff realisierte Abkühlgeschwindigkeit und die daraus resultierenden Ausscheidungsmechanismen. Mithilfe lokal unterschiedlich temperierter Werkzeuge ist zukünftig die Herstellung eigenschaftsangepasster Strukturbauteile aus hochfesten Aluminiumlegierungen möglich. Für die Auslegung und Simulation dieses Umformprozesses sind thermisch gekoppelte Werkstoffmodelle notwendig.
