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Stahl schneiden wie ein Stück Butter: Für die Mitarbeiter des Sonderforschungsbereichs (SFB) 289 an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule gehört dies zum Arbeitsalltag. Mit dem "Messertest" prüfen sie, ob der Werkstoff die richtige Konsistenz aufweist. Dann wird er durch Thixoforming im teilerstarrten Zustand in die gewünschte Form gebracht. Insbesondere in der Automobilindustrie könnte das Verfahren zukünftig für hochbelastete Fahrwerkskomponenten wie Radaufhängungen interessant werden.
"Bei 1350 Grad Celsius hat unser Stahl eine Viskosität ähnlich wie Honig oder Ketchup", berichtet Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hirt. Der Leiter des Instituts für Bildsame Formgebung ist Sprecher des Aachener Sonderforschungsbereiches "Formgebung metallischer Werkstoffe im teilerstarrten Zustand und deren Eigenschaften". Im Rahmen dieses SFBs untersuchen die Wissenschaftler aus neun Lehrstühlen unter anderem die thermophysikalischen Eigenschaften von Metallen und Legierungen. Werkstoffwissenschaftler und Produktionstechniker analysieren die Mikrostruktur des Materials, um diese entsprechend zu optimieren. Außerdem werden mit Computermodellen Fließvorgänge simuliert, um die thermische und mechanische Belastung der Werkzeuge zu berechnen.
Mit dem Thixoforming versuchen die Wissenschaftler die Vorteile der klassischen Metallverarbeitungsverfahren - dem Gießen und Schmieden - zu verbinden und ihre Nachteile zu vermeiden. "Wenn das Ausgangsmaterial die richtige Zusammensetzung und Mikrostruktur aufweist, liegen beim Thixoforming durch geeignete Erwärmung im Materialblock mikroskopisch kleine feste Partikel vor, die nur locker zusammenhängen. Der Zwischenraum wird dann durch flüssige Schmelze ausgefüllt", berichtet Prof. Gerhard Hirt. In diesem Zustand ist das Material fast so weich wie Butter und kann in sehr filigrane Formen gepresst werden. Der Vorteil des Verfahrens: "Schmelze fließt sehr gleichmäßig, da über 50 Prozent des Volumens aus bereits erstarrten Festpartikeln besteht. Daher bilden sich beim restlichen Abkühlungsprozess keine Poren. Es entsteht in nur einem Formgebungsschritt ein homogenes Bauteil mit überragenden Eigenschaften."
Die klassischen Verfahren "Gießen" beziehungsweise "Schmieden" weisen dagegen bei der Herstellung von anspruchsvollen Bauteilen Nachteile auf. Zwar nützt das Gießen ebenfalls die Fließfähigkeit der Schmelze, aber die mechanischen Eigenschaften der Bauteile sind infolge von Inhomogenitäten in der Mikrostruktur nicht immer optimal. Das Schmieden wiederum liefert zwar überragende Materialeigenschaften, ermöglicht aber nur vergleichsweise grobe Formen.
Ein weiterer Vorteil des Thixoformings: Mit diesem Formgebungsverfahren können auch Verbundbauteile aus verschiedenen Materialien gefertigt werden. Dazu werden vorgeformte Einlegeteile aus anderen Werkstoffen in die Form eingesetzt und bei der Formgebung mit dem Stahlwerkstoff verbunden. Prof. Gerhard Hirt: "So könnten durch Einlegen gekrümmter Röhrchen zum Beispiel konturangepasste Kühlkanäle in Gießformen erzeugt werden, die auf andere Weise nicht hergestellt werden können."
Neben den grundlagenorientierten Forschungsschwerpunkten innerhalb des SFBs kommt auch die Praxis nicht zu kurz: Zum 1. Juli erhielten die Wissenschaftler die Förderzusage für einen sogenannten "Transferbereich", in dem gemeinsam mit Firmen die Umsetzung der Erkenntnisse in industrielle Produkte vorangetrieben wird.
Weitere Informationen bei:
Univ.-Prof. Dr.-Ing.Gerhard Hirt
Institut für Bildsame Formgebung
Tel.: 0241/80 95907
E-Mail: hirt@ibf.rwth-aachen.de
Criteria of this press release:
Materials sciences, Mechanical engineering
transregional, national
Research projects
German
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