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Titel Bestimmung der Einflussfaktoren auf die Haftfestigkeit von Aluminium-Stahl-Verbundblechen
Studienrichtung G 087 940 - Dr.-Studium d.montanist. Wissenschaften; Metallurgie
Schlagwörter Aluminium; Stahl; Überlapppressschweißen; Walzplattieren; Simulation
Sachgebiete Werkstoffprüfung, Material-;Umformtechnik;Computerunterstützte Simulation
(Statistik.at)
Kurzfassung Die zunehmende Bedeutung von Leichtbaustrukturen benötigt im zunehmenden Maße
moderne Werkstoffverbunde, da kein einzelner Werkstoff mehr allen technologischen
Anforderungen genügt. Mittels der Anwendung von metallischen Schichtverbunden, wie z.B.
Aluminium und Stahl, versucht man diese Problemstellung in der Praxis zu lösen. Bei
herkömmlichen Schmelzschweißverfahren kommt es allerdings beim Fügen von Aluminium und
Stahl zur Ausbildung von spröden intermetallischen Phasen. Aus diesem Grund wird versucht,
die beiden Werkstoffe mittels alternativer Fügetechniken, wie z.B. Walzplattieren, zu verbinden.
Um eine Verbesserung der Haftfestigkeit dieser Werkstoffverbunde zu erreichen, ist es
notwendig die wichtigsten Einflussfaktoren zu kennen. Ziel der vorliegenden Arbeit war eine
Grundlagenstudie zur Herstellung, Modellierung und Bewertung von walzplattierten AluminiumStahl-Verbundblechen. Hierbei wurde der Einfluss der Stahloberfläche, der
Oberflächenvorbehandlung, der Anwärmtemperatur der Aluminium- und Stahlbleche, der
Walzgeschwindigkeit, der Dickenabnahme, der Abkühlbedingungen und der
Wärmenachbehandlung auf die Haftfestigkeit der Werkstoffverbunde mittels Zugscher-,
Querzug-, sowie Hin- und Herbiegeversuchen analysiert. Weiters wurde der mittlere Abstand
zwischen den Blechen bzw. die Größe existierender Oxide mittels REM, die Ausbildung
eventueller intermetallischer Schichten mittels EDX und die Oberflächenstruktur der getrennten
Bleche mittels konfokalen Laser-Rastermikroskops ermittelt. Bei der Beurteilung des Einflusses
der Walzparameter hatten die Oberflächenvorbehandlung, die Dickenabnahme, die
Anwärmtemperatur und eine eventuelle Wärmenachbehandlung entsprechend den
Erwartungen einen signifikanten Einfluss auf die Haftfestigkeit, wohingegen Walz- und
Abkühlgeschwindigkeit keinen relevanten Einfluss zeigten. Die Ergebnisse der Walzversuche
ergaben, dass Entfetten kombiniert mit Schleifen, eine Erwärmung der Stahlbleche und eine
Warmaushärtung des Aluminums zu bevorzugen sind, um eine gute Haftfestigkeit zu erreichen.
Der Ansatz des neu entwickelten Haftfestigkeitsmodells basiert auf numerischen Simulationen
auf makroskopischer und mikroskopischer Ebene. Hierbei werden die Temperatur- und
Spannungsverteilung, sowie die Oberflächenvergrößerungen der Einzelbleche während des
Walzprozesses mittels makroskopischer Modellebene und die Vorgänge an der Grenzschicht,
wie das Anschmiegen der Rauheitsspitzen, in der mikroskopischen Modellebene bestimmt.
Betreuendes Institut Lehrstuhl für Umformtechnik
Kooperationspartner Forschungsinstitution/Universität; Standort: Österreich (ohne Stmk)
Erscheinungsjahr 2008
Anzahl Seiten 134
Autor(en)
Buchner Michaela Maria
Beurteiler (Dissertation)
Antrekowitsch Helmut, Ao.Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont.
Buchmayr Bruno, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont.
Dipl.-Ing. Dr.mont.
Titel Investigation of parameters on bond strength of aluminium-steel sheet composites
Studienrichtung G 087 940 - Dr.-Studium d.montanist. Wissenschaften; Metallurgie
Schlagwörter aluminium; steel; lap welding; roll bonding; simulation
Sachgebiete Werkstoffprüfung, Material-;Umformtechnik;Computerunterstützte Simulation
(Statistik.at)
Kurzfassung Due to the increasing importance of light weight structures, modern composite materials have
to be designed, because no single material meets all technological demands any longer. In
practice, this problem is solved using metallic layered composites, e.g. aluminium and steel. If
aluminium and steel are bonded by conventional fusion welding technologies, brittle
intermetallic phases are formed. On this account, these materials are bonded using alternative
joining technologies, e.g. roll cladding. To improve the bond strength of these composites, it is
necessary to know the most important influencing factors. The aim of this thesis was a basic
study of production, modelling and quantification of roll-cladded aluminium-steel sheet
composites. In this context, the influence of the steel surface, the surface preparation, the preheat treatment of aluminium and steel sheets, the roll speed, the thickness reduction, the
cooling conditions and the post-heat treatment on the bond strength of the composites were
analysed using shear tension tests, cross tension tests as wells as reverse bend tests.
Furthermore, the average distance between the sheets and the size of existing oxides,
respectively, were analysed using SEM, the formation of intermetallic layers was observed
using EDX, and the surface structure of the separated sheets was investigated using confocal
laser scanning microscope. The estimation of the influence of the rolling parameters showed
that the surface preparation, the thickness reduction, the pre-heating and an optionally postheat treatment have a significant influence on the bond strength according to expectations,
whereas roll speed and cooling rate have no relevant influence. The results of the rolling
experiments showed that degreasing combined with grinding, pre-heat treatment of the steel
sheets and hardening of the aluminium should be preferred to reach a good bond strength. The
approach of the new developed bond strength model is based on numerical simulations at the
macroscopic and microscopic level. The distribution of temperature and load as well as the
surface expansion of the single sheets during the roll process are determined using a
macroscopic level and the processes at the interface, like the alignment of the asperities, are
investigated in the microscopic level.
Betreuendes Institut
Kooperationspartner Forschungsinstitution/Universität; Standort: Austria (excl. Styria)
Erscheinungsjahr 2008
Anzahl Seiten 134
Autor(en)
Buchner Michaela Maria
Dipl.-Ing. Dr.mont.
Beurteiler (Dissertation)
Antrekowitsch Helmut, Ao.Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont.
Buchmayr Bruno, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont.
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