Forschung
Schmiederohteileaus Stahl: Lässt sich mittels Querkeilwalzen ein ultrafeinesGefügeeinstellen? Das erforschen Ingenieurwissenschaftler am IPH im Projekt „Feinkornwalzen“. - © Ralf Büchler, IPH
08.07.2020

Werkstoffeigenschaften verbessern dank Feinkornwalzen

Werkstoffeigenschaften verbessern dank Feinkornwalzen

Kann das Querkeilwalzen die Eigenschaften eines Werkstoffs verbessern? Dieser Frage gehen Wissenschaftler am Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH im Forschungsprojekt „Feinkornwalzen“ nach. Ihr Ziel ist es, mittels eines einfachen Walzprozesses ein
ultrafeines Gefüge einzustellen und so die Festigkeit und Duktilität von Stahlbauteilen zu erhöhen.

Beim Querkeilwalzverfahren werden üblicherweise Vorformen für Bauteile hergestellt, die anschließend im Schmiedeprozess ausgeformt werden. Welche Möglichkeiten das Querkeilwalzen noch bietet, erproben die Ingenieurwissenschaftler des IPH im neuen Forschungsprojekt „Feinkornwalzen“.

Die Wissenschaftler wollen durch das Walzen nicht die Geometrie der Bauteile verändern, sondern die Gefügestruktur. Diese Veränderung ist nicht mit bloßem Auge ersichtlich: Ein Zylinder bleibt ein Zylinder. Der Unterschied steckt im Inneren des Werkstücks. Die kleinen Partikel, aus denen der Werkstoff besteht, werden zu einem ultrafeinen Gefüge gewalzt. Das hat den Vorteil, dass das Material eine höhere Festigkeit und Duktilität aufweist. Damit ist es möglich, kleinere und leichtere Bauteile zu konstruieren, die trotzdem hohen Belastungen standhalten – beispielsweise für den Leichtbau.

Schmiederohteile aus Stahl: Lässt sich mittels Querkeilwalzen ein ultrafeines Gefüge einstellen? Das erforschen Ingenieurwissenschaftler am IPH im Projekt „Feinkornwalzen“. - © Ralf Büchler, IPH
Schmiederohteile aus Stahl: Lässt sich mittels Querkeilwalzen ein ultrafeines Gefüge einstellen? Das erforschen Ingenieurwissenschaftler am IPH im Projekt „Feinkornwalzen“. © Ralf Büchler, IPH

Um ein ultrafeines Gefüge einzustellen, werden bisher zum Beispiel Verfahren wie „Equal Channel Angular Extrusion“ (ECAE) und „High Pressure Torsion“ (HPT) genutzt. Diese können allerdings nur schwer in bestehende industrielle Fertigungsketten implementiert werden, da sie spezielle Maschinen benötigen und mit einem hohen zeitlichen Aufwand verbunden sind. Mit dem Feinkornwalzen wollen die IPH Ingenieure eine Möglichkeit schaffen, mit bestehenden Querkeilwalzanlangen die Werkstoffeigenschaften zu verbessern. Schmiedeunternehmen könnten damit hohe Anschaffungskosten vermeiden und das Feinkornwalzen flexibel in schon bestehende Produktionsabläufe integrieren.

Derzeit legen die IPH-Ingenieure einen Querkeilwalzprozess aus, der zwar das Gefüge verändert, aber nicht die Geometrie des Bauteils. Anschließend untersuchen sie in Simulationsstudien und Experimenten, welche Parameter einen Einfluss auf den Prozess des Feinkornwalzens haben. Dazu variieren sie beispielsweise den Schulterwinkel, den Keilwinkel, die Umformgeschwindigkeit und die Temperatur des Werkstoffs sowie des Werkzeugs. Zudem untersuchen die Wissenschaftler, wie sich das Gefüge verändert, wenn das Bauteil nach dem Walzen in Öl, Wasser oder an der Luft abgekühlt wird.

Ziel der Forscher ist es, aus den untersuchten Parameterkombinationen ein Prozessfenster abzuleiten, das einen Walzprozess ermöglicht, bei dem sich das Gefüge wie gewünscht verändert und die Korngröße nach dem Walzen im ultrafeinkörnigen Bereich liegt.

Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und läuft zwei Jahre. Weitere Informationen zum Projekt finden Sie hier.

(Quelle: Presseinformation des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH)

Schlagworte

FeinkornwalzenLeichtbauQuerkeilwalzenStahlbauStahlbauteile

Verwandte Artikel

In den „AM FATIGUE LABS“ entwickelt das Fraunhofer LBF Methoden, um mittels moderner Analysetechnik die Beanspruchungen für additiv gefertigte Bauteile zu simulieren und daraus Bemessungsempfehlungen für die zuverlässige Bauteilgestaltung abzuleiten.
17.10.2020

Additive Fertigung: Neues Laboratorium simuliert Bauteil-Beanspruchungen

Um die Zuverlässigkeit additiv gefertigter Bauteile besser steuern zu können, hat das Fraunhofer LBF mit den „AM FATIGUE LABS“ ein neues Laboratorium eingerichtet, in dem...

Additive Fertigung Additive Manufacturing Bauteilgeometrie Leichtbau Simulation
Mehr erfahren
15.10.2020

Ausgezeichneter „Möglichmacher“ für den Leichtbau

Mit dem ThinKing Award wird im Oktober 2020 ein „Möglichmacher“ für den Leichtbau ausgezeichnet, eine additiv gefertigte Aufnahme- und Spann-vorrichtung für das Laserschw...

Additive Fertigung Blechverarbeitung Laserschweißen Leichtbau
Mehr erfahren
Artungleiche Schweißverbindung zwischen einem pressgehärteten, martensitischen Chromstahl (oben, 0,9 mm dick) und einem Hochmanganstahl (unten, 1,2 mm dick).
13.10.2020

Laserstrahl-Schweißverfahren für martensitische Chromstähle

Martensitische Chromstähle dienen dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT als Demonstrationsbauteile beim Schweißen und der Wärmebehandlung mit dem Laser.

Chromstahl Elektromobilität Fahrzeugbau Fügetechnik Laserstrahlschweißen Leichtbau Martensitische Chromstähle Wärmebehandlung
Mehr erfahren
29.09.2020

HANNOVER MESSE 2021: Analog. Digital. Hybrid.

Auf der HANNNOVER MESSE im April 2021 haben Unternehmen aus aller Welt wieder die Möglichkeit, ihre Produkte auf der wichtigsten Industriemesse erlebbar zu machen – analo...

Automation Industrie 4.0 KI Künstliche Intelligenz Leichtbau
Mehr erfahren
Plasmarotator zum Fasenschneiden bis 47°.
22.08.2020

Umfangreicher Modernisierungsprozess im Stahlbaubetrieb

Unter neuer Leitung investierte die fränkische Walter GmbH unter anderem in ein flexibles 3D-Plasmaschneidsystem zur Bearbeitung von Blechen, Rohren und Trägern.

3D-Plasmaschneiden Aluminiumbau Plasma-Autogenschneiden Plasmaschneiden Schneidtechnik Stahlbau
Mehr erfahren