Festphase-Fügeprozesse
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Foto: HZG/Christian Schmid

Lokale Strukturmodifikation

Mikrostrukturmodifikation durch thermomechanische Bearbeitung von Werkstoffen in Füge-, Beschichtungs- sowie Umformprozessen, zugeschnitten auf das jeweilige Einsatzgebiet, stehen im Fokus der Forschungsarbeiten der LM Arbeitsgruppe. Über die Modifikation der Mikrostruktur werden die Eigenschaften des Grundwerkstoffs für die Anforderungen im späteren Einsatz maßgeschneidert. Höhere Festigkeiten, Verstärkungen sowie höhere lokale Schadenstoleranzen können hiermit gezielt eingestellt werden. Bei der LM Arbeitsgruppe wird an selbst entwickelten Geräten Forschung und Entwicklung betrieben. Zur Prozess-Expertise der LM Gruppe gehört das beim HZG entwickelte und in einer Variante zusammen mit der LINDE AG patentierte Hybrid Friction Diffusion Bonding (HFDB), das Reibauftragsschweißen (RAS) sowie das Voll-Reib-Rückwärts-Fließpressen (engl. Friction Extrusion, FE).

Profil


Die LM Gruppe ist mit der Prozessentwicklung von der Grundlagen- bis zur anwendungsorientierten Forschung in den Bereichen des hybriden Reib-Diffusionsschweißens (Hybrid Friction Diffusion Bonding, HFDB), Reibauftragschweißens (RAS) und seit kurzem des Reib-Vollrückwärts-Fließpressen (RVRFP) beschäftigt.

Die Arbeit der LM Gruppe zielt auf die Prozessentwicklung für unterschiedlichste Industriesektoren einschließlich des Energiesektors (HFDB) für z. B. Tief- und Hochtemperatur- Wärmeübertrager, dem Schiffsbausektor (HFDB, RAS) für z. B. ungleichartige Mehrmaterial-Verbindungen, sowie die Luftfahrzeugindustrie (HFDB, RAS, RVRFP) für z. B. Erhöhung der Schadentoleranz von metallischen Flugzeugsstrukturen durch thermomechanische Bearbeitung.

HFDB ist ein reibinduzierter Fügeprozess, der in seiner Standardform entwickelt wurde, um dünne Bleche untereinander oder dünne Bleche auf Substrate aufzubringen. Durch leichte Anpassung der HFDB Werkzeugausrichtung sowie der Prozessführung wurden erfolgreich metallische Stumpfstossverbindungen dargestellt.
Eine Variante des HFDB-Prozesses ist in enger Zusammenarbeit mit der LINDE AG für Rohr in Rohrboden-Schweißungen in großen Wärmeübertragern entwickelt worden.
RAS ist ein Festphase-Fügeprozess, der verwendet wird, um Schichten mit einem Substrat metallisch zu verbinden. Der RAS-Prozess verwendet Reibwärme in Verbindung mit starker plastischer Umformarbeit um eine feinkörnige Nichtgleichgewichts-Mikrostruktur zu erzeugen.

RVRFP wird mit dem Ziel untersucht, kontrolliert hoch- und höchstfeine Mikrostrukturen durch die dem Prozess inhärente Reibwärme und massive plastische Umformarbeit des verarbeiteten Materials zu erzeugen.

Durch RVRFP erzeugte Materialien können für Strukturanwendungen verwendet werden, die höchste Festigkeiten bei hohen möglichen Dehnraten und niedriger Masse erfordern z. B. Befestigungselemente in der Luftfahrzeug- sowie Raumfahrtindustrie.

Die Skalierbarkeit der obengenannten erwähnten Prozesse sowie der Grundgedanke einer zukünftigen Weiterentwicklung in einem herunterskalierten Demosystem bei WMP / LM Gruppe soll Ideen bezüglich einer “ein Knopfdruck Verarbeitung / Herstellung” vereinigen. Hiermit sollen, wie in „Industrie 4.0“ gefordert, höhere Automations- / Integrationstiefen in den späteren industriellen Fertigungsverfahren sowie eine mögliche automatisierte Datenverarbeitung in der Nachbearbeitung / Aufbereitung der gesammelten Daten für z.B. Prozesssimulationen in der wissenschaftlichen Arbeit mittelfristig ermöglicht werden.

Seit Februar 2017 ist Dr.-Ing. Arne Roos neuernannter Leiter der Arbeitsgruppe Lokale Modifikation (LM Gruppe) bei WMP. Forschung wird mit der Unterstützung durch BSc, MSc und PhD StudentInnen im Zuge von kurz- und mittelfristigen Verträgen sowie mit der Unterstützung durch HZG / WM Infrastruktur durchgeführt.

Gruppenleiter


Dr.-Ing. Arne Roos

Institut für Werkstoffforschung, Werkstoffmechanik

Helmholtz-Zentrum Geesthacht
Max-Planck Straße 1
21502 Geesthacht

Tel: +49 (0) 4152 87 - 2071

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