A02 - Gra­dier­te, me­cha­nisch füg­ba­re Alu­mi­ni­um­guss­tei­le

Die Realisierung des Multimaterial-Designs im modernen Automobilbau erfordert die Verbindung von unterschiedlichen Werkstoffen im Karosseriebau. Dies erfordert das Fügen von Blechen sowie Strangpressprofilen mit Gussteilen. Als Gusswerkstoff wird aufgrund der niedrigen Dichte und der guten mechanischen Eigenschaften oftmals Aluminium verwendet. Aluminiumgussteile ermöglichen eine hohe Gestaltungsfreiheit verbunden mit einer beanspruchungsgerechten Geometrie bei einer hohen Wirtschaftlichkeit. Zu meist werden die Aluminiumgussteile im Druckguss/Kokillengussverfahren oder im Sandguss hergestellt. Um einerseits die angestrebte Gewichtsreduzierung realisieren und andererseits die hohe Festigkeit für sicherheitsrelevante Bauteile gewährleisten zu können, bestehen die Gussbauteile zu 85 - 90 % aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Aluminium-Silizium-Gruppe. Besonders attraktiv für eine Leichtbauanwendung im Fahrzeugbau ist die Aluminiumlegierung des AlSiMg-Systems. Da die Schweißbarkeit solcher Legierung eingeschränkt ist, stellt das mechanische Fügen eine adäquate Möglichkeit dar. Herausforderung ist hierbei das Herstellen einer rissfreien Fügeverbindung, denn die wenig duktilen Aluminiumgusslegierungen neigen während des Fügeprozess zur Rissbildung. Genau an diesem Forschungsumstand greift das Teilprojekt A02 an.

Ziel dieses Teilprojektes ist die Herstellung von gradierten, hochfesten und fügbaren Aluminiumgussteilen, wodurch eine rissfreie Fügeverbindung in einer wandlungsfähigen Prozesskette ermöglicht werden soll. Eine Gradierung der Fügestelle erhöht lokal die Duktilität des Gussteils, wodurch eine Rissbildung an der Fügestelle von Aluminiumgussbauteilen vermindert oder sogar vermieden werden kann. Als Fügeverfahren werden unter anderem das Clinch‑ sowie Halbhohlstanznietverfahren verwendet. Die Aluminiumgussbauteile werden mit den drei Gießverfahren Sandguss und Kokillenguss sowie dem Gießwalzprozess hergestellt. Die lokale Gradierung der Gussbauteile kann einerseits über die Erstarrungsbedingungen als auch über eine Wärmebehandlung realisiert werden. Die unterschiedlichen Gießverfahren beeinflussen maßgeblich die Erstarrungen der Aluminiumgussbauteile, denn die Erstarrungsgeschwindigkeit variiert hierbei zwischen 1 K/s bis hin zu 200 K/s. Hohe Erstarrungsgeschwindigkeiten führen zu einem feineren Gefüge, was wiederum zu einer gesteigerten Duktilität führt und die Rissneigung des Materials herabsenkt. Eine solche Erstarrungsgradierung wird über ein temperaturgesteuertes Kokillengusswerkzeug realisiert. Des Weiteren ist es möglich über eine punktuelle Wärmebehandlung zusätzlich eine Gradierung des Materials zu erreichen.