Prozessvarianten zum Laserstrahlloten von umformfahigen Tailored Hybrid Blanks aus Stahl und Aluminium

摘要

Konsequenter Leichtbau erfordert die vollstandige Ausnutzung der gewichtsspezifischen Eigenschaftsprofile unterschiedlicher Konstruktionswerkstoffe. Daher ruckt das Multi-Material-Design zunehmend in das Interesse der Verkehrsmittelindustrie. Das Ziel der vorgestellten Untersuchungen war die Ubertragung dieses Ansatzes auf die Fertigung von Tailored Blanks. Bei der Herstellung so genannter "Tailored Hybrid Blanks" aus Stahl und Aluminium ist die Gewahrleistung einer hinreichenden Nahtduktilitat von hochstem Interesse. Da sich beim thermischen Fugen von Stahl und Aluminium in Abhangigkeit des Temperatur-Zeit-Regimes sprode, intermetallische FexAly-Phasen bilden, kann den Anforderungen hinsichtlich der Umformbarkeit von Tailored Hybrid Blanks derzeitig noch nicht entsprochen werden. Daher wurde am Laser Zentrum Hannover ein Laserstrahllotprozess entwickelt, bei dem der Aluminiumgrundwerkstoff nicht angeschmolzen und somit die Nahtduktilitat verbessert wird. Im Rahmen der vorgestellten Untersuchungen wurden Prozessstudien, metallographische Analysen und Charakterisierungen der mechanischen Nahteigenschaften durchgefuhrt. Dabei kamen als Lotwerkstoffe verschiedene Zinkbasislote zum Einsatz, um die Aluminiumlegierung AA6016 mit Stahlfeinblech DX56 zu verbinden. Die Verwendung von nicht korrosivem Flussmittel auf Casiumfluoroaluminatbasis ist zur Aktivierung des Aluminiumfugepartners notwendig. Das Flussmittel wurde entweder prozessintegriert vor dem Laserstrahl mittels eines Spruhventils aufgetragen oder als Kern eines Lotfulldrahtes appliziert. Das Temperatur-Zeit-Regime wurde uber eine Variation der Brennfleckgeometrie variiert. Aufgrund des Aluminiumgehaltes im Zinklot bilden sich trotz der nicht aufgeschmolzenen Aluminiumblechkante dunne FeAl-Phasensaume aus, die mittels Rasterelektronenmikroskopie und EDX-Analyse charakterisiert wurden. Ein Einfluss der intermetallischen Phasen auf die mechanischen Nahteigenschaften ist nachweisbar, auch wenn die Phasensaumdicken deutlich weniger als 3μm betragen. Stumpfstossverbindungen weisen abhangig vom Nahtvolumen ca. 80% der Festigkeit des schwacheren Grundwerkstoffs auf. Im Rahmen von Napfzugversuchen konnte die Umformfahigkeit geloteter Tailored Hybrid Blanks fur bestimmte Material- und Blechdickenkombinationen anhand von Napfen mit einem Ziehverhaltnis von bis zu 1,9 nachgewiesen werden.