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Thursday, September 28, 2017, Saal R 11:00 AM Fahrzeugbau - Mischbau |
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Höchstfeste Rührreibschweißverbindungen zum Fügen von Aluminium- und Stahlblechen |
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Martin Werz* / Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart, Deutschland |
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Um den CO2 Ausstoß von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zu reduzieren bzw. die Reichweite von Elektromobilen zu erhöhen, wird eine Verringerung des Fahrzeuggewichtes durch Leichtbau angestrebt. Im Karosseriebau wird daher aus ökonomischen Gründen zunehmend die Aluminium-Stahl-Mischbauweise eingesetzt. Hierdurch können die Vorteile beider Werkstoffgruppen, nämlich geringe Dichte und hohe Festigkeit, optimal kombiniert werden. Die zentrale Herausforderung bei der Aluminium-Stahl-Mischbauweise ist die Fügetechnik. Heute werden vorrangig mechanische Fügeverfahren wie Nieten und Clinchen oder das Kleben eingesetzt, da mit herkömmlichen Schmelzschweißverfahren aufgrund der Bildung von spröden intermetallischen Phasen hochfeste und umformbare Aluminium-Stahl-Verbindungen nicht hergestellt werden können. Da das Rührreibschweißen in fester Phase, also unterhalb der Schmelztemperatur, abläuft, kann die Bildung von dicken, festigkeitslimitierenden intermetallischen Phasen vermieden bzw. reduziert werden. An der MPA Stuttgart wurden zwei neuartige Schweißkonfigurationen bzw. Verfahrensabwandlungen des Rührreibschweißens entwickelt, mit denen erstmals unterschiedlich dicke Aluminium- und Stahlbleche höchstfest als Stumpfstoß gefügt werden können. Beide Verfahrensabwandlungen werden vorgestellt und die resultierenden Festigkeitseigenschaften mit denen der Grundwerkstoffe sowie mit den Festigkeitseigenschaften von artgleichen Referenzschweißungen verglichen. Hierfür wurde die automobiltypische Werkstoffkombination zwischen der aushärtbaren Aluminium-Außenhautlegierung EN AW 6016 (1,95 mm) und dem mikrolegierten Stahl HC340LA (1,0 mm) gewählt. Bei Schweißgeschwindigkeiten von derzeit bis zu 2m/min konnten fehlerfreie Schweißverbindungen realisiert werden. Für beide Verfahrensvarianten wurde eine Verbindungsfestigkeit von 97% bezogen auf die Dicke und Festigkeit des Stahlgrundwerkstoffes bzw. von 88% bezogen auf die Dicke und Festigkeit des Aluminiumgrundwerkstoffs erreicht. Schwingversuche mit einem Spannungsverhältnis R=0,1 zeigen eine ertragbare Spannungsschwingbreite bei 2*10^6 Lastwechseln von bis zu 45 MPa bezogen auf die Querschnittsfläche des Aluminiums. Versuchsschweißungen zum fügen der Aluminiumgusslegierung AlSi10Mg mit dem zinkbeschichteten, mikrolegierten Stahl HX340LAD+Z110MB demonstrieren die erfolgreiche Übertragbarkeit der entwickelten Verfahrensabwandlungen auch für weitere Anwendungsfelder. |