Third party funded individual grant
Start date : 01.01.2024
End date : 31.12.2025
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erweiterung der Formgebungsgrenzen und die definierte Einstellung der mechanischen Eigenschaften von hochfesten Aluminiumlegierungen durch eine maßgeschneiderte lokale Legierungsadaption vor der Umformung. Um die elastisch-plastischen Eigenschaften hochfester 7xxx-Aluminiumlegierungen zu verbessern, wird durch metallurgische und prozesstechnische Maßnahmen der Lasermaterialbearbeitung eine lokale Gefügemodifikation über die gesamte Tiefe des Halbzeuges durchgeführt. Durch eine gezielte Konzentrationsreduktion durch Elementverdampfung sowie durch Zugabe von Legierungselementen soll eine lokale Adaption der chemischen Zusammensetzung hin zu 6xxx Aluminiumlegierungen ermöglicht werden, da diese Legierungsklasse höhere Formgebungsgrenzen aufweisen. Da primär der hohe Zinkanteil in Verbindung mit Magnesium bei Legierungen der 7000er-Serie zu einem geringeren Formgebungsvermögen als bei weniger festen Güten führt, gilt es die Konzentration der genannten Elemente lokal zu verringern und gegebenenfalls durch andere Legierungselemente zu ersetzen. Konkret sind hierfür eine Magnesium- und Zinkverdampfung sowie ein Siliziumeintrag erforderlich, um eine kritische Siliziumkonzentration von 0,8 Gew.-%, welche die Heißrissbildung begünstigt, zu vermeiden. Zudem ist eine minimale Magnesiumkonzentration anzustreben, um die Festigkeit zu reduzieren. Ursächlich kann dies auf die sinkende Anzahl an Leerstellen, die eine hohe Bindungsenergie zu Magnesiumatomen aufweisen, zurückgeführt werden und somit die Umformung begünstigen. Dies stellt eine signifikante Neuerung zum Stand der Forschung dar, der sich bislang auf die Erweiterung der Formgebungsgrenzen hochfester Aluminiumlegierungen durch Halbwarm- beziehungsweise Warmumformverfahren oder eine lokale, vorgeschaltete Wärmebehandlung beschränkt. Voraussetzung für eine erfolgreiche lokale Legierungsadaption ist die grundlagenwissenschaftliche Ermittlung von Wirkzusammenhängen bei der Elementverdampfung von niedrigsiedenden Legierungselementen in Kombination mit der Einbringung von zusätzlichen Elementen, sowie der Einfluss der Lasermaterialbearbeitung auf die resultierenden mechanischen Eigenschaften. Ferner bilden die Nachbearbeitung der Legierungszone sowie das Diffusionsverhalten der eingebrachten Legierungselemente die weiteren Schwerpunkte des Forschungsvorhabens. Auf Basis einer Charakterisierung der resultierenden mechanischen Eigenschaften erfolgt letztlich die simulative Auslegung eines Umformprozesses, um die Methodik anhand eines Demonstratorbauteils zu verifizieren.