Enhancement of formability of aluminum alloys in multi-stage forming operations by a local intermediate heat treatment
Third party funded individual grant
Start date : 01.04.2012
Project details
Short description
Goal of the research project is the enhancement of the formability of precipitation hardenable aluminium alloys by local laser assisted short term heat treatment in multistage forming operations. Key idea of the technology is the local adaption of the mechanical properties after a first forming step and their optimization for the subsequent forming operation. The partial change of the mechanical properties is obtained by a short term heat treatment. Based on the new property distribution the material flow during the second forming is improved and the formability of the material can be enhanced. The work covers all necessary steps for a successful application of the technology. After a material characterization in dependency of the pre-straining and the heat treatment, the heat affected zone (HAZ), which is a result of the high heat conductivity of aluminum alloys will be analyzed. In the end appropriate heat treatment layouts were designed via numerical simulation. The enhancement of the formability was demonstrated with a real multi-stage forming process.
Scientific Abstract
Ziel des beantragten Projektes ist die Erweiterung der Formgebungsgrenzen ausscheidungshärtbarer Aluminiumlegierungen der 6000-Serie durch eine lokale Laserstrahlwärmebehandlung in mehrstufigen Umformprozessen. Grundlage bildet die wissenschaftliche Untersuchung von drei wesentlichen Themenschwerpunkten. Um geeignete Prozessparameter für eine gezielte Steigerung der Umformbarkeit zu erarbeiten, ist zunächst die Kenntnis der Wechselwirkung zwischen Umformgeschichte und Wärmebehandlung notwendig. Hierzu werden die Entfestigungsmechanismen der ausscheidungshärtbaren Aluminiumlegierung AA6016 experimentell in Abhängigkeit unterschiedlicher Temperatur-Zeit-Profile der Laserstrahlwärmebehandlung und der Belastungszustände (uniaxial, plane strain und biaxial) einer vorausgehenden Umformung charakterisiert und in Form eines Prozessfensters dargestellt. Des Weiteren müssen die Wärmeübergangsbereiche, welche aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit des Aluminiums bei einer lokalen Laserstrahlwärmebehandlung entstehen, analysiert und deren Auswirkungen auf die mechanischen Bauteileigenschaften quantifiziert werden. Aus den Ergebnissen wird ein Werkstoffmodell abgeleitet und in ein numerisches Simulationsmodell implementiert. Abschließend werden anforderungsgerechte Wärmebehandlungslayouts mittels numerischer Prozesssimulation erarbeitet und experimentell durch die lokale Laserstrahlwärmebehandlung umgeformter Platinen und anschließende Abpressung von Demonstratorgeometrien validiert.