Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Universität Erlangen-Nürnberg

Laserstrahlumformen von Aluminiumwerkstoffen - Beeinflussung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften



Datum: 28.05.2001


Autor


Berichterstatter

  • Prof. Dr.-Ing. M. Geiger
  • Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. R. Kopp, RWTH Aachen

Das wesentliche Ziel dieser Arbeit war, die durch die Laserstrahlung hervorgerufenen Veränderungen in der Gefügegrob- und Mikrostruktur verschiedener Aluminiumwerkstoffe sowie die daraus resultierende Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften aufzuzeigen. Durch umfangreiche Untersuchungen an unterschiedlichen Werkstoffen verschiedener Blechdicken und mit dementsprechend variierenden Laserparametern konnten Grad und Art der Veränderungen erfasst und charakterisiert werden. Eine Korrelation aller durch die kurzfristige Bestrahlung mit einem Nd:YAG-Laser hervorgerufenen Effekte ermöglichte die Beurteilung des Laserstrahlumformens aus werkstoffwissenschaftlicher Sicht und zeigt die Möglichkeiten und Potenziale des Verfahren für den industriellen Einsatz in der Serienfertigung auf. Hierfür war es von entscheidender Bedeutung, Untersuchungen zu unterschiedlichen Formgebungsmechanismen durchzuführen, um eine Trennung kurzzeitmetallurgischer Effekte von denen der klassischen Metallurgie zu ermöglichen. Der Temperatur-Gradienten-Mechanismus ist durch Aufheizgeschwindigkeiten, die deutlich größer sind als 103 K/s, gekennzeichnet, die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten beim Knickmechanismus betragen hingegen nur einige 100 K/s. Neben Grobgefügeuntersuchungen wurden mikro-struk-turelle Veränderungen mittels Transmissionselektronenmikroskopie, wie zum Beispiel die Versetzungsbewegung, Ausbildung von Substrukturen oder auch Lage, Art und Existenz von Ausscheidungen detailiert untersucht. Die Korrelation dieser Untersuchungen mit den Ergebnissen hinsichtlich der mechanischen Kennwerte ermöglicht ein werkstoffbezogenes Laserstrahlumformen sowie die Ableitung einer auf den Werkstoff abgestimmten Prozesskette für das Laserstrahlumformen.