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Wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Problemstellung des Forschungsprojektes Die bedingte Schweißeignung von Al-Druckgusslegierungen ist auf den aus dem Druckgussprozess resultierenden Gasgehalt und Einschlüsse zurückzuführen. Der erhöhte Gasgehalt bewirkt ein erhöhtes Risiko zur Bildung von Poren und Durchschüssen beim Schweißen. Die Entstehung dieser Unregelmäßigkeiten ist ferner von der im Al-Druckgussbauteil schwankenden Gussqualität abhängig, so dass die Schweißnahtunregelmäßigkeiten zufällig auftreten. Aus diesem Grund unterliegen geschweißte Verbindungen aus Al-Druckguss meist einer, im Vergleich zu reinen Knetlegierungen, erhöhten Ausschussquote. Eine systematische Verknüpfung von Schweißnahtqualität, also der Ausprägung werkstoff- und prozesstypischer Schweißnahtunregelmäßigkeiten mit der Nahtfestigkeit, ist bislang für geschweißte Druckgussbauteile nicht erfolgt. 1.2 Zielsetzung (ifs) Das übergeordnete Ziel des Vorhabens besteht darin, die Kenntnisse zum Einfluss von Schweißnahtunregelmäßigkeiten geschweißter Knetlegierungen auf die Druckgusswerkstoffe zu erweitern. Dabei sind sowohl konventionelle Schweißverfahren (MIG- und konventionelles Laserschweißen) sowie innovative Strahlschweißverfahren (EB-Mehrbadtechnik [Kra08, Tei16], Laserstrahlschweißen mit hochfrequenter Strahloszillation [Dit16]) zu berücksichtigen. Dem Forschungsvorhaben liegt die Arbeitshypothese zu Grunde, dass diese Korrelation auch für reine Verbindungen aus Al-Druckgusslegierungen sowie Mischverbindungen aus Al- Druckguss- und Al-Knetlegierung gelingt. Diese Verbindungen weisen aufgrund der Metallurgie in der Regel anders ausgeprägte Schweißnahtunregelmäßigkeiten auf als Schweißungen an reinen Al-Knetlegierung, sodass die bekannten Zusammenhänge nicht direkt übertragen werden können. Art und Umfang der Unregelmäßigkeiten können zudem durch neue Strahlverfahren (EB-Mehrbad, LBW-HF-Scanning) positiv beeinflusst werden, sodass deren Ausprägung durch die Wahl des Schweißprozesses und der Stoßform gezielt variiert und auf unterschiedlichen Analyseebenen mit der experimentell ermittelten Schwingfestigkeit verknüpft werden kann. Die Schweißnahtunregelmäßigkeiten werden mittels 3D-Computertomographie (CT) ganzheitlich beschrieben und bewertet. Dem Endanwender wird ausgehend davon eine Korrelation werkstoff- und verfahrenstypischer Schweißnahtunregelmäßigkeiten mit der statischen Zugfestigkeit sowie der Schwingfestigkeit bereitgestellt. Dazu sind insbesondere die folgenden Teilaspekte zu untersuchen: Wie wirkt sich die Gussqualität (Vakuum- vs. Atmosphärendruckguss) auf die Schweißnahtunregelmäßigkeiten und damit die Festigkeitskennwerte aus? Wie sind moderne Schweißverfahren (EB-Mehrbadschweißen, Laser mit hochfrequenter Strahloszillation) im Vergleich zu konventionellen Schweißverfahren im Hinblick auf die Auswirkung der Schweißnahtunregelmäßigkeiten zu bewerten? Welche Grenzwerte für Schweißnahtunregelmäßigkeiten sind für Verbindungen aus Al-Druckguss sowie Mischverbindungen aus Al-Druckguss und Al- Knetlegierungen zulässig und welche Schwingfestigkeit kann rechnerisch in Abhängigkeit von der Ausprägung der Unregelmäßigkeit angesetzt werden? 2
Stand von Wissenschaft und Technik 2 Stand von Wissenschaft und Technik 2.1 Aluminiumlegierungen (IWS) Im Jahr 2019 wurden in Deutschland Aluminiumformgussprodukte mit einem Gewicht von 996.100 Tonnen (u.a. Druckguss, Kokillenguss und Sandguss) und Aluminiumhalbzeuge (u.a. Walzfabrikate, Stangen, Rohre oder Profile) mit einem Gewicht von 2.576.900 Tonnen hergestellt. Der bedeutendste Absatzmarkt der Produkthersteller ist mit 47 % der Verkehrssektor (Abbildung 2-1). Abbildung 2-1: Absatzmärkte für Aluminiumprodukte in Deutschland 2019 [Alu22] Die hergestellten und Aluminiumknetlegierungen werden im Rahmen der DIN EN 573- 3 hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung genormt und unterteilt. Die Unterscheidung erfolgt entsprechend des Hauptlegierungselements, welches maßgeblich die Härtbarkeit sowie die mechanischen Eigenschaften beeinflusst (Tabelle 2-1). Im Automobilbau finden vorrangig Legierungen der 5xxx, 6xxx und 7xxx Serie bei der Fertigung von Strukturbauteilen (beispielsweise Querlenker aus EN AW - 6082) und Blechen für die Karosserie Anwendung [Ost15]. Zur Einstellung der mechanischen Eigenschaften erfahren aushärtbare Aluminiumknetlegierungen häufig vor oder nach dem Schweißen aufwendige und komplexe Wärmebehandlungen. Die Wärmebehandlungen sind nach DIN EN 515 genormt und werden der Legierungsbezeichnung ergänzt. Der am häufigsten verwendete Zustand ist T6 (lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert), welcher die maximal erreichbare Härte und einhergehend die höchste Zugfestigkeit der Legierung kennzeichnet. Der Gefügezustand von nicht aushärtbaren Legierungen kann ebenfalls durch Kaltverfestigung oder weichglühen verändert werden. Die Zustände sind ebenfalls in DIN EN 515 geregelt. An dieser Stelle sei insbesondere auf den Zustand F verwiesen, welcher den Herstellungszustand ohne festgelegte Festigkeitsgrenzwerte regelt. 3
Seite 1: 2022 Abschlussbericht DVS-Forschung
Seite 4 und 5: Bibliografische Information der Deu
Seite 6 und 7: Inhaltsverzeichnis 4.6.5 Zusammenfa

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