Allgemeine Werkstoffeigenschaften
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Härteprofil eines AA6014/AA5754 Laminates mit alternierender Schichtfolge nach 6 ARB-Zyklen.
Erzeugung und Charakterisierung von ultrafeinkörnigen Laminatwerkstoffen mittels des Accumulative Roll Bonding Prozesses

Thema: Nanomaterials

Verantwortliche Mitarbeiter:
    →  Dr.-Ing. Tina Hausöl

Der Accumulative Roll Bonding (ARB) Prozess ist ein Verfahren der plastischen Hochverformung, das die Herstellung ultrafeinkörniger Blechwerkstoffe erlaubt. Dabei werden zwei Bleche einseitig gereinigt und drahtgebürstet und anschließend bei einer Stichabnahme von 50 % walzplattiert. Somit wird die Ausgangsgeometrie des Bleches wiederhergestellt und der Prozess kann zyklisch wiederholt werden. Erst durch die Wiederholung des Prozesses wird plastische Verformung im Werkstoff akkumuliert, wodurch sich eine ultrafeinkörnige Kornstruktur mit Korngrößen zwischen 100 nm und 1 µm ausbildet. Durch diese besondere Mikrostruktur entstehen außergewöhnliche mechanische Eigenschaften der Werkstoffe. Besonders hervorzuheben ist hierbei die Zunahme der Festigkeit um das Zwei- bis Dreifache im Vergleich zum Ausgangsmaterial konventioneller Korngröße. Verglichen mit den kaltverformten Referenzmaterialien bleibt die Duktilität trotz dieser enormen Festigkeitssteigerung erhalten oder nimmt sogar mit steigender Zyklenzahl wieder zu.
Durch das Verbinden zweier Bleche ist der ARB Prozess hervorragend geeignet, um Laminatwerkstoffe aus unterschiedlichen Materialien herzustellen. Nach N Zyklen liegt ein Werkstoff mit 2N Schichten vor, wodurch die Schichtfolge nahezu beliebig variiert werden kann. Somit können Blechwerkstoffe mit maßgeschneiderten Eigenschaften erzeugt werden. Neben der Kombination unterschiedlicher Metalle sind auch Laminat- oder Sandwichverbunde unterschiedlicher Legierungen eines Metalls von großem Interesse. Durch die Kombination von Aluminiumlegierungen der AA5xxx- und der AA6xxx-Serie können beispielsweise die positiven Eigenschaften der Einzelmaterialien vereint und gleichzeitig aufgrund der ultrafeinkörnigen Mikrostruktur hohe Festigkeiten bei hinreichender Duktilität erreicht werden. Die Einführung von Materialgrenzflächen wirkt sich zudem positiv auf die zyklischen Eigenschaften aus.

Stand: 29.09.2013