Warmmassivumformung von partiell partikelverstärkten Sinterbauteilen

Das Einsatzspektrum für Komponenten aus Leichtmetallen wird stetig erweitert, so dass zunehmend Bauteile aus Stahlwerkstoffen durch Leichtmetallteile substituiert werden können. Allerdings stoßen insbesondere Bauteile aus Magnesium und Aluminium an ihre technischen Grenzen, wenn sie einer hohen tribologischen, mechanischen oder thermischen Beanspruchung ausgesetzt werden. Aus diesem Grund werden häufig Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (engl.: Metal-Matrix Composites – MMC) eingesetzt, die die positiven Eigenschaften eines Leichtmetalls (geringes Gewicht, hohe Duktilität) und einer Verstärkungsphase (hohe Härte, Festigkeit und Verschleißbeständigkeit) kombinieren. Die meisten MMC-Bauteile werden jedoch mit einer homogen verteilten Partikeldichte produziert, so dass ein relativ hoher prozentualer Anteil der kostenintensiven Verstärkungsphase verwendet werden muss, obwohl nur einige Bauteilbereiche der Belastung ausgesetzt sind. Durch die Herstellung von partiell verstärkten Bauteilen kann der Anteil der Verstärkungsphase reduziert werden.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, das Umformverhalten sowie die mechanischen Werkstoffeigenschaften von partiell partikelverstärkten Halbzeugen mit einem radialen Schichtsystem grundlegend zu untersuchen. Hierzu werden rotationssymmetrische Halbzeuge mit einer konzentrischen Schichtanordnung hergestellt, wobei die Herausforderung in der gezielten Einstellung der jeweiligen Dichten für die einzelnen Bereiche im Halbzeug liegt. Für die Untersuchung werden Rohteile aus dem Aluminiumpulver und einem MMC (Aluminiumpulver + keramische Partikel) durch ein zweistufiges axiales Matrizenpressen (Abbildung 1) erzeugt und anschließend gesintert. Die auf diese Weise hergestellten Rohteile bilden das Ausgangsmaterial für die weitere umformtechnische Untersuchung, bei der die Auswirkungen der unterschiedlichen Umformparameter (Umformtemperatur, Umformgrad, Umformgeschwindigkeit) auf den Materialfluss des partiellen Werkstoffverbundes ermittelt werden. Für die Untersuchung sind hierzu die Umformverfahren Stauchen und Fließpressen vorgesehen.