Werkstoffveredelung bei Stahl Querkeilwalzen macht zylindrische Stahlbauteile fit für den Leichtbau

Schmiederohteile aus Stahl sind im Bild zu sehen. Lässt sich per Querkeilwalzen in diesen ein ultrafeines Gefüge einstellen? Wenn das geht, werden die Bauteile auf relativ einfache Weise verbessert, heißt es.

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IPH Institut für integrierte Produktion Hannover gGmbH

Durch Querkeil-Walzverfahren stellt man eigentlich Vorformlinge für Bauteile her. Diese werden anschließend Durch Schmiedeprozess ausgeformt, erklären die Wissenschaftler des IPH. Im neuen Forschungsprojekt „Feinkornwalzen" wollen sie erforschen, was damit noch möglich sein kann. Die Wissenschaftler wollen dabei durch das Walzen nicht die Geometrie der Bauteile verändern, hießt es, sondern die Gefügestruktur des Werkstoffs. Weil man das bekannterweise nicht mit bloßem Auge sehen kann, bleibt ein zuvor zylindrisches Bauteil auch eine Zylinder, so die IPH-Forscher. Im Mikrobereich spielt sich dennoch viel ab, denn die Gefügepartikel aus denen der Werkstoff besteht, werden dabei zu einem ultrafeinen Gefüge gewalzt, so das IPH.

Was bringt die ultrafein gewalzte Gefügestruktur genau?

Das Ganze hat den Vorteil, dass das so behandelte Material fester und duktiler ist. Durch diese Eigenschaften, kann man mit dem quasi gleichen Werkstoff dann kleinere und damit leichtere Bauteile zu konstruieren, die trotzdem hohen Belastungen standhalten, erklären die Experten mit Blick auf den Leichtbautrend.

Nach Aussage der Hannoveraner werden, um ein ultrafeines Gefüge einzustellen, bisher etwa Verfahren wie „Equal Channel Angular Extrusion“ (ECAE) und „High Pressure Torsion“ (HPT) genutzt. Beide können aber nur schwer in bestehende industrielle Fertigungsketten implementiert werden, weil es dazu spezielle Maschinen benötigt, sagen die IPH-Forscher. Außerdem sei das auch zeitlich recht aufwendig. Mit dem Feinkornwalzen nun wollen die IPH-Ingenieure eine Möglichkeit schaffen, mit bestehenden Querkeil-Walzanlangen die Werkstoffeigenschaften, wie bereits erklärt, zu verbessern. Die Schmiedeunternehmen, die das Verfahren nutzen wollen, könnten so hohe Anschaffungskosten vermeiden und das Feinkornwalzen flexibel in ihre Produktionsabläufe integrieren. Außerdem sichern sie sich Wettbewerbsvorteile.

Wie weit ist man mit dem Querkeilwalzen für diesen Zweck?

Derzeit legen die IPH-Ingenieure einen entsprechenden Querkeil-Walzprozess aus, der eben das Gefüge verändert, aber nicht die Geometrie des Bauteils, heißt es. Ist das erledigt, wird man in Simulationsstudien und Experimenten untersuchen, welche Parameter den gewünschten Einfluss auf den Feinkorn-Walzprozess haben. Dazu variieren sie beispielsweise den Schulterwinkel, den Keilwinkel, die Umformgeschwindigkeit und die Temperatur des zu behandelnden Werkstoffs sowie des verwendeten Werkzeugs, erklärt man. Auch wird unter die Lupe genommen, wie sich das Gefüge verändert, wenn das Bauteil nach dem Walzen in Öl, Wasser oder an der Luft abgekühlt wird.

Aus den untersuchten Parameterkombinationen und den Ergebnissen will man dann ein Prozessfenster ableiten, das einen Walzprozess ergibt, bei dem sich das Gefüge wunschgemäß und prozesssicher zu einem ultrafeinen Typ verändern lässt. An den Querkeil-Walzprozess für ein ultrafeines Gefüge könne auch ein Querkeil-Walzprozess zur Masseverteilung angeschlossen werden. So könnten die guten Eigenschaften (hohe Duktilität, gute Umformbarkeit bei niedrigen Temperaturen) der Vorformlinge bei einer gleichzeitigen materialeffizienten Weiterverarbeitung ausgenutzt werden.

Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und läuft zwei Jahre. Weitere Informationen zum Projekt finden Interessierte hier.

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