DE102011009835A1

DE102011009835A1 - Verfahren zur Herstellung von Blechhalbzeugen oder Blechbauteilen aus Aluminium-Matrix-Komposite

Info

Publication number: DE102011009835A1
Application number: DE102011009835A
Authority: DE
Inventors: Torsten Keith; Dr. Possehn Thomas
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blechhalbzeugen aus Aluminium-Matrix-Komposite (Alu-MMC) mit nichtmetallischen Partikeln zur Verstärkung der Aluminium-Matrix-Struktur; erfindungsgemäß sind folgende Verfahrensschritt vorgesehen: – Herstellen von Aluminiumpulver für die Aluminium-Matrix-Struktur, – Herstellen der nichtmetallischen Partikel in Pulverform, – Herstellen einer Pulvermischung aus dem Aluminiumpulver und den pulverisierten nichtmetallischen Partikeln, – isostatisches Pressen der Pulvermischung zu Walzbarren, und – Walzen der Blechhalbzeuge aus den Walzbarren. Ferner betrifft die Erfindung die Herstellung eines Blechhalbzeugs oder eine Blechbauteils mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blechhalbzeugen aus Aluminium-Matrix-Komposite gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein durch das Verfahren hergestelltes Blechhalbzeug oder Blechbauteil.
Aus der DE 101 35 485 A1 ist ein Verfahren zur endkonturnahen Fertigung von Bauteilen bzw. Halbzeugen aus schwer zerspanbaren Leichtmetalllegierungen bekannt, also die Herstellung eines Sinterteils aus Sinterleichtmetall mit veränderlichen Anteilen an Verschleißschutzpartikeln, bspw. aus Aluminium mit 10–30% Siliziumanteilen und weiteren geringen Zusätzen. Anstelle von Silizium als Verschleißträger werden auch Hartstoffpartikelzusätze wie Oxide, Carbide und Silikate vorgeschlagen.
Dieses bekannte Verfahren gemäß der DE 101 35 485 A1 geht aus von Aluminium-Pulvermaterial mit Legierungsbestandteilen als Verschleißträger, welches zu einem Bozen oder einer für Strangpressen geeigneten Form isotatisch gepresst wird, anschließenden wird der Bolzen nahe der Sintertemperatur des Aluminiums einem Strangpressvorgang unterzogen und nach einer Trennung in das für die Herstellung eines Bauteils erforderliche Maß ggf. noch wärmebehandelt.
Solche Bauteile stellen bspw. Stäben, Drähte, Rohre und unregelmäßig geformten prismatischen Profile dar. Solche Strangpressprofile werden auch als Halbzeuge im Karosseriebau eingesetzt.
Für steifigkeitsrelevante Bauteile im Karosseriebau kann das Leichtbaupotential von Aluminium nur verbessert werden, wenn der Elastizitätsmodul (E-Modul) erhöht wird. So kann bspw. durch Zulegieren von anderen Elementen, wie zum Bsp. Lithium der E-Modul erhöht werden. Jedoch kann hiermit nicht ein für die Anwendung im Karosseriebau gewünschtes hohes E-Modul erzielt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem Blechhalbzeuge mit hohem E-Modul herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Bei einem solchen Verfahren zur Herstellung von Blechhalbzeugen aus Aluminium-Matrix-Komposite (Alu-MMC) mit nichtmetallischen Partikeln zur Verstärkung der Aluminium-Matrix-Struktur, sind erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte vorgesehen:

– Herstellen von Aluminiumpulver für die Aluminium-Matrix-Struktur,
– Herstellen der nichtmetallischen Partikel in Pulverform,
– Herstellen einer Pulvermischung aus dem Aluminiumpulver und den pulverisierten nichtmetallischen Partikeln,
– isostatisches Pressen der Pulvermischung zu Walzbarren, und
– Walzen der Blechhalbzeuge aus den Walzbarren.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren können Blechhalbzeuge mit hohem E-Modul hergestellt werden, so dass dadurch in der Anwendung, bspw. im Karosseriebau im Vergleich zu bisher eingesetzten Blechhalbzeugen deren Wanddicke reduzierbar ist und somit zu einer Gewichtsreduktion führt.
Durch eine Beimischung der nichtmetallischen Partikel können gezielt die Werkstoffeigenschaften des Blechhalbzeugs, insbesondere der E-Modul eingestellt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden Keramikwerkstoffe für die nichtmetallischen Partikel verwendet, vorzugsweise Siliziumkarbid (SiC) und/oder Aluminiumoxid (Al2O3) und/oder Siliziumnitrid (Si3N4).
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus den Blechhalbzeugen mittels eines Umformprozesses Blechbauteile hergestellt, die anschließend vorzugsweise wärmebehandelt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine einzige Figur ausführlich beschrieben. Diese 1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zur Fertigung eines Blechhalbzeugs werden in einem ersten Verfahrensschritt 1 die Ausgangsmaterialien, also Aluminiumpulver für die Aluminium-Matrix-Struktur und ein pulverisierter Zusatzwerkstoff aus nichtmetallischen Partikeln zur Verstärkung der Aluminium-Matrix-Struktur hergestellt und miteinander vermischt. Für die Herstellung des pulverisierten Zusatzwerkstoffes werden Keramikwerkstoffe, wie Siliziumkarbid (SiC), Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) eingesetzt. Diese Keramikwerkstoffe können jeweils für sich allein oder in allen möglichen Kombinationen verwendet werden.
In einem zweiten Verfahrensschritt 2 wird dieses Pulvergemisch aus Aluminiumpulver und pulverisierten Zusatzwerkstoff in einem heiß- oder kaltisostatischen Pressvorgang zu einem Walzenbarren gepresst.
Aus diesem Walzenbarren wird nachfolgend (Verfahrensschritt 3) ein Blechhalbzeug mittels eines Walzvorganges hergestellt.
Durch einen Umformvorgang gemäß Verfahrensschritt 4 wird aus dem Blechhalbzeug ein Blechbauteil geformt, welches zum Schluss in einem letzten Verfahrensschritt 5 einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10135485 A1 [0002, 0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Blechhalbzeugen aus Aluminium-Matrix-Komposite (Alu-MMC) mit nichtmetallischen Partikeln zur Verstärkung der Aluminium-Matrix-Struktur, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Herstellen von Aluminiumpulver für die Aluminium-Matrix-Struktur, – Herstellen der nichtmetallischen Partikel in Pulverform, – Herstellen einer Pulvermischung aus dem Aluminiumpulver und den pulverisierten nichtmetallischen Partikeln, – isostatisches Pressen der Pulvermischung zu Walzbarren, und – Walzen der Blechhalbzeuge aus den Walzbarren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die nichtmetallischen Partikel Keramikwerkstoffe verwendet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Keramikwerkstoff Siliziumkarbid (SiC) und/oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) und/oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Blechhalbzeugen mittels eines Umformprozesses Blechbauteile hergestellt werden.
Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechbauteile wärmebehandelt werden.
Blechhalbzeug oder Blechbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass es durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche hergestellt ist.