Einfluss des ECAP-Prozesses auf das Drehen von Titanlegierung und Aluminium

Abstract

Das Verfahren Equal Channel Angular Pressing (ECAP) gehört zu der Gruppe der hochgradig plastischen Umformprozesse. Durch die Gefügeveränderung bei diesem Umformprozess werden die Eigenschaften des Werkstoffs gezielt beeinflusst. Bei den zwei untersuchten Werkstoffen Titanlegierung (Ti-6Al-4V) und Aluminium (EN AW-6082) wirkt sich der ECAP-Prozess positiv auf die mechanischen Eigenschaften aus und so ist es möglich neue Anwendungsgebiete für die ECAP-Werkstoffe zu finden. Aufgrund der Prozessparameter werden beim ECAP-Verfahren meist metallische Werkstoffe in zylindrischer Form, unter hohem Druck und meist auch erhöhter Temperatur, durch eine Matrize mit spezifisch geformtem Kanal gepresst. Der wichtigste Prozessparameter ist der Umlenkwinkel, der Winkel zwischen Eintritts- und Austrittskanal, der im Bereich von 90° bis 120° liegt. Der Probenwerkstoff erfährt, je kleiner der Winkel ist, eine stärkere plastische Verformung. Um die gewollte Gefügestruktur auszubilden, kann eine Wiederholung des Prozesses von bis zu 20 Mal notwendig sein, damit die gewünschte Korngröße erreicht wird. Die Auswirkungen des ECAP-Verfahrens auf die Zerspanbarkeit von Titanlegierung (Ti-6Al-4V) und Aluminium (EN AW-6082) soll im Rahmen dieser Arbeit anhand von Drehversuchen untersucht werden. Dabei wird das Verhalten der ECAP-Werkstoffe im Vergleich zu den unbehandelten Werkstoffen untersucht. Da über die Zerspanbarkeit von ECAP-Werkstoffen kaum Informationen vorliegen, ist es notwendig, auf Grundlage der unbehandelten Werkstoffe eine Evaluierung durchzuführen. Zu diesem Zweck wurden für die zwei Werkstoffe definierte Bereiche von Schnittparametern, die anhand von Empfehlungen des Werkzeugherstellers und Daten aus einer Literaturrecherche erhoben werden durchlaufen und die Ergebnisse anschließend verglichen. Zur Analyse der Auswirkungen durch den ECAP-Prozess auf die Zerspanbarkeit werden als Vergleichskriterien die Oberflächenqualität der bearbeiteten Flächen, die auftretenden Kräfte, die erzeugten Späne und der Werkzeugverschleiß herangezogen.

The procedure Equal Channel Angular Pressing (ECAP) belongs to the group of highly plastic forming processes. The qualities of the material are directly influenced by a change in the structure with this forming process. For the two examined materials, namely titanium alloy (Ti-6Al-4V) and aluminum (EN AW-6082), the ECAP technique affects the mechanical properties positively which makes it possible to find new areas of application for the ECAP materials. On account of the process parameters mostly metallic materials in form of a cylinder, are pressed with the ECAP procedure. This is done by a die with a specifically formed canal under high pressure and oftentimes also at raised temperature. The key element of the process is the deflection angle, the angle between entry and escape canal which lies in a range of 90 to 120 degrees. The smaller the angle, the greater the plastic deformation of the test material. In order to form the microstructure, a repetition of the process up to 20 times can be necessary, so that the desired grain size is reached. The scope of this paper is to examine the effects of the ECAP procedure on the machinability of titanium alloy (Ti-6Al-4V) and aluminum (EN AW-6082) based on turning tests. The behaviour of the ECAP materials is investigated in comparison to the untreated materials. Since there is little information on the machinability of ECAP materials, it is necessary to conduct an evaluation on basis of the untreated materials. For this purpose, defined areas of cutting parameters, which were raised based on recommendations of the tool manufacturer and data from previous literature, were run through for the two materials, and the results are compared afterwards. In order to analyze the effects of the ECAP process on the machinability the following comparative criteria were pulled up: the quality of the machined surfaces, the appearing forces, the chips produced and the tool wear.