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»Werkstoff-Resilienz von Aluminiumbauteilen durch neuartige Selbstverstärkungsprozesse im Bauteileinsatz für eine gesteigerte Ermüdungs(Fatigue)-Festigkeit«
Förderperiode: 2022 bis 2024
Art des Projekts: Pilotprojekt
Forschungsschwerpunkt: Nachhaltige Materialien, Komponenten und Produkte
Themenfeld: Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz von Produktionsprozessen
Projektpartner:
Projektkontext
In der Erdkruste ist Aluminium nach Sauerstoff und Silizium das dritthäufigste Element. Das Eigenschaftsprofil mit einer hohen mechanischen Festigkeit und gleichzeitig geringer Dichte führt zu einem großflächigen Einsatz als Konstruktionswerkstoff.
Die Festigkeit beruht dabei auf Ausscheidungshärtung, bei der ein erheblicher Energieaufwand zur Auslagerung des Materials bei erhöhten Temperaturen benötigt wird. Um diese Festigkeit auch durch einen geringeren Energieaufwand zu erreichen, wurde eine neue Technologie entwickelt, die auf mechanischen Belastungsprofilen anstelle von thermischer Auslagerung basieren.
Zudem ist Aluminium ein gut recycelbares Material. Jedoch zeigen gerade Legierungen mit hohem Sekundärmaterialanteil tendenziell niedrige Festigkeiten. Die neu entwickelte Technologie ermöglicht es, die Festigkeit des recycelten Materials enorm zu steigern und recycelte Materialien so für Ingenieursanwendungen nutzbar zu machen.
Projektbeschreibung
Statt das Material zu erhitzen, wurden mechanische Spannungen in Form eines speziell angepassten Wechselbelastungsprofils unter Zug-Druck-Belastung aufgebracht, was letztendlich zur Härtung des Materials führt. Diese Zyklen wurden im Rahmen des Projekts optimiert, indem verschiedene Spannungen und Zeitintervalle getestet und mit der Festigkeitssteigerung des Materials in Verbindung gebracht wurden.
Um die Festigkeit des gehärteten Materials zu überprüfen, wurden starke Kräfte auf das Material angewendet und schließlich die Rissbildung im Material beobachtet. Hierzu wurden völlig neuartige, quantenbasierte Messmethoden zur Rissbeobachtung entwickelt und eingesetzt.
Projektergebnisse
Es wurde eine besonders energieeffiziente Methodik zur Festigkeitssteigerung für Aluminiumlegierungen entwickelt, die insbesondere die Ermüdungsfestigkeit von recyceltem Material mit über 50 Prozent Sekundärmetallanteil enorm steigern kann. Die Festigkeit der behandelten Materialien wurde durch hohe Spannungsanwendung getestet. Hierbei wurde die Rissbildung im Material mithilfe quantenbasierter Messmethoden untersucht, die eine extrem hohe örtliche Auflösung bieten.
Weiterverwertung der Projektergebnisse
Die Projektergebnisse sollen in Folgeprojekten für die Anwendung im industriellen Kontext weiterentwickelt werden. Hierfür wurden mehrere Projekte begonnen bzw. beantragt. Zudem gab es einige Veröffentlichungen sowohl zur Prozessierungsroute als auch zur quantenbasierten Messmethode. Für die methodischen Entwicklungen im Projekt wurde ein Technical Readiness Level (TRL) von 4 erreicht.
