Grundlegende Untersuchungen zur Herstellung hochfester Aluminiumblechbauteile in einem kombinierten Umform- und Abschreckprozess

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Diss. Reihe Maschinenbau, Band 343

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-07-10
Issue Year
2020
Authors
Degner, Julia
Editor
Franke, Jörg
Hanenkamp, Nico
Merklein, Marion
Schmidt, Michael
Wartzack, Sandro
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-308-3
Abstract

Mobility is the prerequisite for the economic and social development of our modern service and industrial society.To guarantee mobility also in the future, sustainable measures and strategies are needed to increase the effi-ciency of vehicles while at the same time reducing environmental pollution, such as CO2 emissions. One of these strategies is the weight reduction of vehicles based on light-weight strategies and materials. Due to the high strength and low density, the focus of research has recently been on high-strength aluminum alloys, as these can lead to further sheet thickness reductions compared to conventional aluminum alloys and realize light-weight constructions even in safety- and crash-relevant areas. However, the challenge is the limited formability of these alloys, which is why tempera-ture-assisted forming processes are usually used. A new approach is the combined forming and quenching process. By means of a heat treatment in combination with an immediate forming and simultaneous quenching, the production of sophisticated component geometries can be enabled, which in turn can be optimized to the highest strengths by means of ageing pro-cesses. The aim of this work was to generate a basic process understanding for the manufacturing of high-strength aluminum sheet metal components within the framework of a combined forming and quenching process. The focus was on the definition of boundary conditions during heat treatment on the basis of a sensitivity analysis, the process design based on a thermal and mechanical material characterization as well as the process analysis and evaluation to identify the potential of a combined forming and quench-ing process using a demonstrator component.

Abstract

Mobilität stellt die Voraussetzung für die wirtschaftliche und soziale Entwicklung unserer modernen Dienstleistungs- und Industriegesellschaft dar. Damit Mobilität auch in Zukunft gewährleistet werden kann, bedarf es an nachhaltigen Maßnahmen und Strategien, um die Effizienz von Fahrzeugen zu erhöhen und dabei gleichzeitig die Umweltbelastungen, wie beispielsweise CO2-Emissionen, zu reduzieren. Eine dieser Strategien ist die Gewichtsreduktion von Fahrzeugen auf Basis von Leichtbaustrategien wie dem Stoffleichtbau. Aufgrund der hohen Festigkeit bei geringer Dichte rückten zuletzt hochfeste Aluminiumlegierungen in den Fokus der Forschungen, da dadurch einerseits weitere Blechdickenreduktionen im Vergleich zu konventionellen Aluminiumlegierungen und andererseits Leichtbau auch in sicherheits- und crashrelevanten Bereichen realisiert werden kann. Herausforderung bei der Umformung dieser Legierungsklasse ist allerdings das begrenzte Umformvermögen, weshalb meist temperaturgestützte Verfahren eingesetzt werden. Ein neuer Ansatz ist der kombinierte Umform- und Abschreckprozess. Dieser ermöglicht durch eine Wärmebehandlung in Kombination mit einer unmittelbaren Umformung und gleichzeitigen Abkühlung im Werkzeug die Herstellung anspruchsvoller Bauteilgeometrien, welche im Rahmen einer nachgeschalteten Warmauslagerung zu höchsten Festigkeiten hin optimiert werden können. Ziel der Arbeit war es, ein grundlegendes Prozessverständnis für die Herstellung hochfester Aluminiumblechbauteile im Rahmen eines kombinierten Umform- und Abschreckprozesses zu generieren. Die Schwerpunkte bildeten dabei die Definition von Randbedingungen während der Wärmebehandlung auf Basis einer Sensitivitätsanalyse, die Prozessauslegung anhand einer thermischen und mechanischen Werkstoffcharakterisierung sowie die Prozessanalyse und -bewertung zur Identifikation des Potentials eines kombinierten Umform- und Abschreckprozesses anhand eines Demonstratorbauteils.

Series
FAU Studien aus dem Maschinenbau
Series Nr.
343
Citation
mb.fau.de/diss
Notes
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-307-6
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