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Thursday, September 14, 2023, Brüssel 11:30 AM Moderne Fügeverfahren - Rührreibschweißen |
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Verbessern der Korrosionsbeständigkeit durch Optimieren der Parameter beim Rührreibschweißen am Beispiel der hochfesten Aluminiumlegierungen EN-AW 7020 und EN AW-7075 |
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Niklas Sommer* / Universität Kassel
Institut für Produktionstechnik und Logistik
Fachgebiet für Trennende und Fügende Fertigungsverfahren
Abteilung Schweißtechnik, Deutschland Stefan Böhm / Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Universität Kassel, Deutschland Caroline Karina Chandra/ Zentrum für Konstruktionswerkstoffe (MPA-IfW), Technische Universität Darmstadt, Deutschland Ben Heider/ Zentrum für Konstruktionswerkstoffe (MPA-IfW), Technische Universität Darmstadt, Deutschland Marcel Hatzky/ Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren, Universität Kassel, Deutschland Rüdiger Reitz/ Zentrum für Konstruktionswerkstoffe (MPA-IfW), Technische Universität Darmstadt, Deutschland Matthias Oechsner/ Zentrum für Konstruktionswerkstoffe (MPA-IfW), Technische Universität Darmstadt, Deutschland |
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Das Rührreibschweißen (kurz: FSW von engl. friction stir welding) erfährt infolge der Möglichkeit zum verzugsarmen Schweißen von artgleichen und artfremden Materialkombinationen unterhalb der Schmelztemperatur zunehmende Anwendung im industriellen Umfeld. Die grundsätzliche Schweißeignung hochfester Aluminiumknetlegierungen, wie zum Beispiel Werkstoffe der 7000er-Serie, ermöglicht mit diesem Verfahren darüber hinaus die Erschließung von Märkten mit Leichtbaubedarf, was wiederum einen branchenübergreifenden und großflächigen Einsatz derartig geschweißter Strukturen begünstigt. Die mechanischen Festigkeitseigenschaften der 7000er-Legierungsgruppe werden maßgeblich durch Ausscheidungen von magnesium- und/oder zinkhaltigen Phasen eingestellt, welche in Form, Größe und Verteilung direkt durch das FSW und die zugrundeliegende Prozessführung beeinflusst werden können. Infolge der räumlichen Anordnung dieser Sekundärphasen in der umgebenden Matrix sowie des Alterungszustands variiert das Korrosionsverhalten der Legierungen in Abhängigkeit der charakteristischen Bereiche einer FSW-Schweißnaht (Rührzone, thermomechanisch-beeinflusste Zone, Wärmeeinflusszone) erheblich. Während in der Literatur Ansätze zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumlegierungen dargelegt werden, untersuchen diese im überwiegenden Maße nicht die hochfesten Legierungen der 7000er-Serie. Es existiert somit nur ein begrenztes Verständnis über die wechselseitigen Eigenschaftsbeziehungen im Spannungsfeld zwischen der Einstellung von Schweißprozessparametern und der daraus resultierenden Korrosionsanfälligkeit. Der Beitrag (IGF-Nr. 21.433N) identifiziert und beleuchtet die Korrosionsmechanismen der charakteristischen Bereiche von FSW-Schweißnähten aus EN AW-7075 und EN AW-7020 in Abhängigkeit der Prozessführung und leitet hieraus eine angepasste Versuchsmethodik zur Bewertung der korrosiven Schadensentwicklung ab. Prozessseitig werden darüber hinaus Möglichkeiten eruiert, die schädigungsrelevanten Korrosionsmechanismen abzumildern, indem die Ausscheidungsbedingungen durch gezielte Adaption der thermischen Randbedingungen während des Schweißprozesses kontrolliert konditioniert werden. Hierbei kommt unter anderem das Unterwasser-Rührreibschweißen zum Einsatz. Unter Zuhilfenahme von umfangreichen Charakterisierungsmethoden können die Zusammenhänge zwischen Prozessführung, mikrostruktureller Entwicklung bzw. Ausscheidungskinetik und Korrosionsverhalten dargelegt werden. Infolge der Ertüchtigung von Mehrstiftwerkzeugen und Einsatz angepasster Prozessparameter sowie Konvektionskühlung kommt es zu einer deutlichen Reduktion der Schweißspitzentemperaturen. Die korrespondierenden Untersuchungen zeigen Verbesserungen bei der Korrosionsbeständigkeit, sodass die antizipierten, positiven Einflüsse der Prozessführung auf das Ausscheidungsverhalten bestätigt werden können. |