Forschungsvereinigung Stahlanwendung Rührreibschweißen von Aluminium und Stahlwerkstoffen erfolgreich

Redakteur: Stéphane Itasse

Das Forschungsvorhaben „Werkstoff- und prozesstechnische Qualifizierung des FSW für die stahlintensive Hybridbauweise“ (IGF 15.686 / P 754) wurde durch das Fachgebiet Füge- und Beschichtungstechnik der Technischen Universität Berlin erfolgreich abgeschlossen. Im Rahmen des Vorhabens wurden Stumpfstoß- und Überlapprührreibschweißverbindungen von Aluminium und Stahlwerkstoffen hergestellt.

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Neben gleichartigen und artfremden Aluminiumverbidnungen lassen sich durch Rührreibschweißen auch Aluminium und Stahl fügen, wie die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. (Fosta) in Düsseldorf mitteilt. Dabei muss das Werkzeug so positioniert werden, dass es nur geringfügig in den Stahl eindringt und nur die Oberfläche im Stoßbereich deformiert und Oberflächengrenzschichten entfernt, damit das plastifizierte Aluminium eine Verbindung eingehen kann.

Rührreibschweißen mit nur dünnen Diffusionsbereichen

Im Stumpfstoß wird die Werkzeugachse gegenüber dem Stoß in Richtung Aluminium versetzt, im Überlappstoß wird die Stiftlänge geringfügig länger als die Blechdicke des Aluminiumfügepartners gewählt und das Aluminium über dem Stahl angeordnet.

Die Oberfläche des Stahlfügepartners wird durch die Reibung mit dem Werkzeugstift deformiert, Oberflächengrenzschichten werden entfernt, so dass eine metallisch blanke, aktivierte Grenzfläche entsteht, mit der das plastifizierte Aluminium eine Bindung eingehen kann. Es entstehen nur sehr dünne Diffusionsbereiche.

Von der Stahloberfläche abgetrennte Partikel werden in der Aluminiummatrix der Rührzone eingebettet und es kann ein Grat entstehen, welcher diese Rührzone hineinragt. Im Überlappstoß kann dieser Grat zu einer Reduzierung der Festigkeit führen und sollte deshalb minimiert werden.

Geeignete Werkzeugstoffe für das Rührreibschweißen von Stahl und Aluminium notwendig

Vorraussetzung ist eine Plastifizierung des Aluminiums und eine Deformierbarkeit der Stahloberfläche sowie die Verfügbarkeit geeigneter Werkzeugwerkstoffe (zum Beispiel Hartmetall für duktile Stähle) und Anlagentechnik, welche über die erforderliche Kinematik und Kräfte verfügt.

Bei Aluminiumverbindungen tritt lochförmige Korrosion auf, es kann keine interkristalline Korrosion beobachtet werden. Die Aluminium-Stahl-Mischverbindungen zeigen hingegen interkristalline Korrosion am Aluminiumwerkstoff. Hier sind besondere Maßnahmen zum Korrosionsschutz erforderlich.

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