ALLEGRO – Hochleistungskomponenten aus Aluminiumlegierungen.

Prozessbedingte Betriebsfestigkeit, Lebensdauerkonzepte, zyklisches Materialverhalten

ALLEGRO – Hochleistungskomponenten aus Aluminiumlegierungen durch ressourcenoptimierte Prozesstechnologien.

Aufgrund aktueller Entwicklungen im Bereich der Elektromobilität und dem damit verbundenen Bedarf nach immer größer werdenden Reichweiten von Elektrofahrzeugen, werden neue Fertigungstechnologien erforderlich, die dazu beitragen, das Potential von Leichtbauwerkstoffen weiter auszuschöpfen. Das Potential von Leichtbauwerkstoffen muss – vor allem im Hinblick auf die Entwicklungen in der Elektromobilität – weiter ausgeschöpft werden. Der Schlüssel dazu liegt in der Kombination ultrahochfester Aluminiumlegierungen und neuen Verfahren der Formgebung, um lokale Bauteileigenschaften bedarfsgerecht einzustellen. Die Betriebsfestigkeit spielt dabei eine zentrale Rolle, indem die prozessbedingten induzierten Eigenschaften gezielt für die Verbesserung der Bauteillebensdauer genutzt werden. Wissenschaftler des Fraunhofer LBF bewerten in »ALLEGRO« die gesamte Prozesskette sowie die Steigerungen des Festigkeits- und Lebensdauerpotentials anhand eines Fahrradrahmens.

Im Rahmen des LOEWE-Schwerpunktes »ALLEGRO« sollen für ultrahochfeste Aluminiumlegierungen zukünftige Technologien entwickelt werden, um sowohl ökologische als auch ökonomische effiziente Prozesse der Formgebung mit integrierter Wärmebehandlung zu realisieren. Auf Basis dieser Prozesse sollen Halbzeuge mit lokal angepassten Eigenschaften hergestellt werden, die entsprechend des Kundeneinsatzgebietes auf die Funktion sowie die Beanspruchung abgestimmt sind.

Entlang der Prozesskette werden durch die einzelnen Prozessschritte die Mikrostruktur sowie die Werkstoffeigenschaften und somit letztendlich das Bauteilverhalten beeinflusst. Durch Ermittlung und Integration der fertigungsprozessinduzierten lokalen Werkstoffeigenschaften in die betriebsfeste Bemessung und Bewertung von zyklisch beanspruchten Bauteilen und Strukturen (prozessbedingte Betriebsfestigkeit) kann gezielt die Ausschöpfung des Leichtbaupotentials gesteigert werden.

Numerische Abbildung des Versuchskörpers am Beispiel eines rührreibgeschweißten Überlappstoßes.

Neues feinauflösendes Prüfsystem zur Ermittlung der lokalen prozessbedingten Einflussparameter auf das zyklische Werkstoffverhalten.

Da Bauteile zumeist aus mehreren Halbzeugen zusammengesetzt sind, muss auch die Fügbarkeit der gradierten Halbzeuge untersucht werden. Die Herausforderung beim Fügen besteht darin, die Gradierung des Halbzeugs beizubehalten oder sogar selbst einzubringen. Dafür geeignete Fügeverfahren sind das Laserstrahlschweißen, Rührreibschweißen und Magnetpulsschweißen, welche genauer im Projekt untersucht werden.

Bestehende Bewertungskonzepte der Betriebsfestigkeit sind aktuell nur in einem begrenzten Maße in der Lage, die fertigungsprozessinduzierten lokalen Werkstoffeigenschaften und somit die Vorgeschichte des Werkstoffs zu berücksichtigen.

Am Fraunhofer LBF werden, ausgehend von der Charakterisierung des transienten zyklischen Werkstoffverhaltens unter Beachtung der Fertigungs- und Fügeprozesse, bestehende Bewertungskonzepte der Betriebsfestigkeit weiterentwickelt. Diese verbesserten lebensdauerorientierten Bemessungskonzepte liefern die Grundlage für Leichtbau und nachhaltiges Produktdesign.

Förderer und Partner

LOEWE LandesOffensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz, Hessen.

Universität Kassel, Technische Universität Darmstadt

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