Herstellung, Mikrostruktur und Eigenschaften von Stahl-Aluminium Hybridplatinen

Abstract

Untersucht wurden verschiedene Herstellungsweisen, Mikrostrukturen und Eigenschaften von thermisch gefügten Stahl-Aluminium Hybridplatinen.<br />Die Verbindungen wurden unter Verwendung des Cold-Metal-Transfer Lichtbogenschweißverfahrens von Fronius International hergestellt.<br />Der Einfluss verschiedener Lotlegierungen auf die Dicke und Morphologie des in der Fügezone auftretenden intermetallischen Phasensaums (IMP) wurde charakterisiert.<br />Als Benetzungshilfe auf dem Stahlblech werden metallische Beschichtungen auf Zink- oder Aluminiumbasis benötigt.<br />Um die Verbindung belastungsgerecht zu gestalten, und um die werkstoffliche Anbindung zu gewährleisten wurde die Anarbeitungstechnik des Feinbeißschneidens entwickelt. Diese Anarbeitungstechnik verbessert in anbindungskritischen Bereichen die Keimbildung des IMP.<br />Die Festigkeitseigenschaften wurden in quasistatischen Zugversuchen und Schnellzerreißversuchen untersucht. Bei geeigneter Ausführung sind die Verbindungen fester als die Grundwerkstoffe. Unter dynamischer Belastung ist die Verbindungsfestigkeit mit konventionellen Leichtmetallschweißverbindungen vergleichbar. In Crashversuchen an Kastenträgern konnte eine ausgezeichnete Festigkeit und Verformbarkeit bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten nachgewiesen werden.<br />In Bezug auf die Umformeigenschaften konnte die grundsätzliche Tiefziehbarkeit von Näpfen bewiesen werden. Darüber hinaus wurden Grenzformänderungsdiagramme erstellt.<br />Weiters wurde die Korrosionsneigung, vor allem in Bezug auf die Schädigung der Verbindungseigenschaften, untersucht.<br />Die Korrosionsbeständigkeit konnte durch Verwendung einer optimierten Lotlegierung in Abstimmung mit der Stahlblechbeschichtung wesentlich verbessert werden.<br />In Zusammenarbeit mit Automobilherstellern wurden Bauteile aus Stahl - Aluminium Hybridplatinen hergestellt, um in Versuchsfahrzeugen getestet zu werden.<br />

Subject of the thesis are various manufacturing routes, mictrostructures and properties of thermally joined steel-aluminium hybrid tailored blanks.<br />The joints were produced by using the Cold-Metal-Transfer arcwelding process developed by Fronius International.<br />The influence of various soldering alloys on the thickness and morphology of the intermetallic layer in the joining zone was characterized.<br />In order to improve the wetting, the steel sheet is coated by metallic alloys on zinc or aluminium bases.<br />For an optimum shape and proper bonding a preparation technique for the edges of the steel sheets had to be developed. Among other advantages this technique improves the nucleation of the intermetallic layer in critical regions.<br />The mechanical properties were tested in quasistatic tension tests and in tension tests at high strain rates. These tests revealed that precisely manufactured joints are stronger than the base materials. In dynamic load in the tests the joint properties are similar to those of conventional light metal welds. In crash tests on beams the strength and deformability of the joints at high strain rates was proven. Also the deep drawability of cups was demonstrated. Forming limit curves for the hybrid tailored blank were determined.<br />Of very high importance for technical applications is the degradation of mechanical properties by corrosion. Therefore the corrosion properties of joints consisting of various material combinations were tested. By applying an optimised filler metal in connection with a suitably coated steel sheet the susceptibility against corrosion is drastically reduced.<br />In cooperation with a car manufacturer body panels made of steel-aluminium hybrid tailored blanks were produced to be tested in a prototype car.