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Tuesday, September 18, 2018, Theodor-Kober-Saal 11:30 AM Fahrzeugbau I |
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Bessere Ermüdungseigenschaften durch optimierte magnetimpulsgeschweißte Stahl/Aluminium-Hybridverbindungen |
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Eugen Schumacher* / Universität Kassel
Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Deutschland Sascha Kümper / Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Universität Kassel, Deutschland Nikolai Gelinski/ Fachgebiet Werkstoffprüftechnik, Technische Universität Dortmund, Deutschland Daniel Hülsbusch/ Fachgebiet Werkstoffprüftechnik, Technische Universität Dortmund, Deutschland Frank Walther/ Fachgebiet Werkstoffprüftechnik, Technische Universität Dortmund, Deutschland Stefan Böhm/ Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Universität Kassel, Deutschland |
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Leichtbaukonzepte im Transportwesen sind gegenwärtig verstärkter denn je vom Einsatz metallischer Hybridstrukturen geprägt. Gesetzliche Auflagen zur Reduzierung der CO2-Emissionen, steigende Energiekosten sowie das wachsende gesellschaftliche Nachhaltigkeitsdenken stellen die Impulse dar, die die Hersteller vermehrt dazu veranlassen, Hybridstrukturen insbesondere aus Stahl und Aluminium in ihre Konzepte zu integrieren. Dabei ist es den metallurgischen Unterschieden dieser beiden Metalle geschuldet, dass thermische Fügeverfahren (Widerstandspunktschweißen, etc.) zur Erzeugung hochfester Verbindungen nicht geeignet sind und somit mechanische Fügeverfahren (Clinchen, Nieten, etc.) sowie das Kleben das Feld dominieren. Diese gehen jedoch mit spezifischen Nachteilen wie beispielsweise der partiellen Zerstörung der Struktur durch das Nieten einher. Ein enormes Potential zur Erstellung hochfester Fügeflächen und somit zur Lösung dieser Problematik bietet das Magnetimpulsschweißen, welches es ermöglicht, artfremde Metalle stoffschlüssig und ohne Entstehung einer Wärmeeinflusszone zu verbinden. Hierbei erfolgt die Fügung unterhalb der Schmelztemperaturen der Werkstoffe, wodurch keine temperaturbedingten Gefügeänderungen auftreten und die mechanischen Eigenschaften unverändert bleiben, was das Verfahren zur Erzeugung hochfester Stahl/Aluminium-Verbindungen prädestiniert. Zur Qualifizierung für die industrielle Anwendung, müssen jedoch noch grundlegende Erkenntnisse über das Ermüdungsverhalten und die eintretenden Schädigungsmechanismen und -abläufe magnetimpulsgeschweißter Stahl/Aluminium-Verbindungen gewonnen werden. Das Ziel der Untersuchung besteht folglich darin, das Schweißprozessfenster für die Hybridverbindungen aus EN AW-1050 / S235JR sowie EN AW-6016 / DP800 in Hinblick auf schwingende Beanspruchung zu optimieren. Hierbei liegt der Fokus auf einer ressourceneffizienten Bestimmung der Schweißparametereinflüsse (Stromstärke, Beschleunigungsabstand) auf die Ermüdungseigenschaften. Die Untersuchung der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen erfolgte mithilfe instrumentierter Laststeigerungsversuche in Kombination mit Einstufenversuchen. Zur Detektion der Schädigungsmechanismen und -abläufe wurde mechanische, elektrische, thermische, optische und akustische Messsensorik eingesetzt. Dabei zeigte sich, dass die plastische Dehnungsamplitude und AC Spannungsänderung aussagekräftige Indikatoren der Schädigungsinitiierung sind und eine Abschätzung der Ermüdungsfestigkeit ermöglichen. Die Ermüdungseigenschaften werden maßgeblich von vorliegenden Schweißnahtunregelmäßigkeiten determiniert, welche direkt durch die Schweißparameter beeinflusst werden. Im Falle einer optimalen Prozessführung liegt die Ermüdungsfestigkeit der Schweißnaht oberhalb des Aluminiumwerkstoffs. |