Prozessentwicklung zur quantitativen Bewertung der Materialverteilung mit Friction Stir Processing-hergestellten Surface Composites

摘要

Aktuelle Bestrebungen im Bereich der Leichtbautechnologie sowie die stetige Optimierung verfugbarer Fertigungstechnologien fuhren dazu, dass sich der Einsatz von Verbundwerkstoffen bereits in zahlreichen Anwendungen etabliert hat. Die Nutzung des Ruhrreibschweissens zur Herstellung von Oberflachen-Metallmatrix-Verbundwerkstoffen bietet an dieser Stelle die Moglichkeit, funktionale Oberflachen fur verschiedene Anwendungsbereiche ohne das Auftragen einer zusatzlichen Schicht zu implementieren und so dem Prinzip "Funktionswerkstoff an Funktionsstelle" zu ermoglichen. Schwerpunkt dieser Untersuchung ist die Analyse des verfahrenstypischen Materialflusses sowie das Aufzeigen seiner Abhangigkeit von den prozessseitigen Einflussgrossen. Hierfur wurden 5 mm starke EN AW-5754-Aluminiumbleche mit verschiedenen Werkstoffen durch Friction Stir Processing verstarkt. Durch den Einsatz verschiedener Werkzeugkonzepte, Vorschubgeschwindigkeiten, Drehzahlen und Anzahlen an Bearbeitungsstufen sowie durch den Vergleich charakteristischer Grossen wie Axialkraft, Drehmoment und Werkzeugverschleiss konnte anschliessend eine Korrelation zwischen Prozess und Materialverteilung in der Bearbeitungszone abgeleitet werden. In diesem Zusammenhang wurde eine Methodik in Form eines Algorithmus entwickelt, um die klassische mechanische Beschreibung durch eine quantitative Charakterisierung der Materialverteilung im Bereich des Werkzeugeingriffs zu erweitern. Diese Bewertung umfasste die Charakterisierung von Menge, Lage und Homogenitat des eingebrachten Verstarkungsmaterials. Durch die erzielten Ergebnisse und den zusatzlichen Erkenntnisgewinn wird eine separierte Betrachtung der material- und parameterabhangigen Effekte ermoglicht. Dies wiederum resultiert in einer verbesserten Ubertragbarkeit der erarbeiteten Zusammenhange fur den praktischen Einsatz wodurch genauere Aussagen uber die Qualitat der eingestellten Prozessparameter getroffen werden konnen.