Ausgabe als PDF - Metall

special: Stahlbau und Stahlleichtbau
Mischbauweise
Herausforderung der Fügetechnik
Eine neue Verbindungstechnologie von Stahl mit Aluminium ist im Entwicklungsstadium.
Von Katharina Umlaub*
Werkstoffverbunde optimieren die Eigenschaften
mehrerer unterschiedlicher Materialien; daraus
ergibt sich ein neues Anwendungsspektrum, das
hinsichtlich der dynamischen Eigenschaften, Festigkeit
und Korrosionsbeständigkeit eine bestmögliche Kombination
von Werkstoffen ermöglichen soll, ebenso wie durch
neue Konzepte unterschiedliche mechanische Eigenschaften
erzielt werden können.
Insbesondere in der Automobilindustrie ist der Einsatz
von Leichtbaumaterialien und Verbindungen mit hochfesten
Stählen unerlässlich zur Erlangung einer Gewichtsreduzierung
der Fahrzeuge und der damit verbundenen
Treibstoffeinsparung, um dadurch eine geforderte Verringerung
der CO 2-Emission zu erzielen. Dies ist nicht nur
durch die Entwicklung neuer Motoren und Antriebe möglich,
sondern auch durch den Einsatz leichter Materialien
für Chassis, Innenausstattung und Karosserie.
Besonders die Verbindung von hochfesten Stählen und
Aluminium gewinnt zunehmend für den erweiterten
Dünnblechbereich an Bedeutung.
Grundlagenforschung in Wien
Die Schweißtechnische Zentralanstalt (SZA) beschäftigt
sich mit der ständigen Erforschung und Weiterentwicklung
unterschiedlicher Werkstoffkombinationen und
Arbeitsmethoden. Zurzeit wird an der Umsetzung des Einsatzes
von biegsamen Bimetallstreifen für die Verbindung
von verschiedenen hochfesten Materialien und der praktischen
Umsetzung eines Patents der SZA (Verfahren zum
Verbinden von Stahl- und Aluminiumbauteilen mittels
Schmelzschweißen) in Kooperation mit der Technischen
Universität Wien gearbeitet.
Abbildung 1: Prinzip der Verbindung von Stahl mit Aluminium
24 6/7 | 2012
Abbildung 2: links: Bimetall-Platine mit Probenentnahmestelle;
rechts: metallografische Untersuchung der Metallverbindungen
Diverse Materialien (z. B. Stahl, Aluminium, Magnesium,
Titan usw.), die im Leichtbau benötigt werden, sollen mit
flexiblen Bimetallstreifen verbunden und untersucht werden;
primär liegt der Fokus auf der Verbindung Stahl mit
Aluminium.
Die Herstellung der artfremden Verbindung – das Bimetall
aus Stahl und Aluminium – erfolgt durch einen Prozess
des Schweißens im festen Zustand, die sekundäre artgleiche
Verbindung durch einen Schmelzschweißprozess. Das
Fügeverfahren mittels Bimetall ist gekennzeichnet durch
eine große Universalität, da das Verschweißen von Stumpfstößen
möglich ist und eine dadurch verbundene Ersparnis
an Material und Platz sowie eine Gewichtsreduzierung
gegenüber Nähten am Überlappstoß gegeben ist.
Aluminium und Stahl sind nicht einfach zu verbinden; problematisch
ist einerseits die Bildung von intermetallischen
Phasen in der Fügezone der Metalle. Dies resultiert in
einer Versprödung der Fügeverbindung und vermindert
die Tragfestigkeit der Verbindung. Das Ausmaß der intermetallischen
Phasen ist von besonders großer Bedeutung
und hat den Haupteinfluss auf eine feste, haltbare Bindung
zwischen den zu fügenden Werkstoffen. Die Verbindungszone
muss eine durchgängige Haftung aufweisen, um eine
dauerhafte Verbindung zu erzielen.
Andererseits haben die beiden Materialien Stahl und Aluminium
ein vollkommen ungleiches Werkstoffverhalten;
der Unterschied liegt unter anderem in den Schmelztemperaturen,
den Wärmeausdehnungskoeffizienten und der
Wärmeleitfähigkeit.