Haftfestigkeit und Stofffluss beim Walzplattieren sowie Walzen von Werkstoffverbunden - Theorie und Experiment

Moderne Anwendungsgebiete für plattiertes Halbzeug erfordern den Einsatz sehr hochwertiger und kostenintensiver Metalllegierungen. Hinzu kommen die begrenzten Vorkommen an Nichteisen- und Edelmetallrohstoffen. Beides erzwingt die Optimierung des Materialeinsatzes. Weiterhin erfolgt der Einsatz von Halbzeugen mit Eigenschaftskombinationen, die mit herkömmlichen Legierungen nicht erreichbar sind (z. B. sehr hohe mechanische Festigkeit mit sehr guter elektrischer Leitfähigkeit).Lokale Eigenschaftsoptimierung und -kombination einerseits und Minimierung des Materialeinsatzes andererseits sind potentielle Aufgabengebiete für die Plattierbranche.Aus diesen Betrachtungen zeichnen sich folgende Tendenzen ab: Verstärkte Nutzung der umformtechnischen Möglichkeiten zur Eigenschaftsoptimierungschnellere Realisierbarkeitsaussagen im Vorfeld und verkürzte Einführungszeiten bei neuen MaterialkombinationenVerbesserung der Plattierprozesse im Hinblick auf immer bessere Beherrschung von 3D-StrukturenGezielte Beeinflussung von Gefügestrukturen im PlattierprozessEinsatz neuer Materialien und Materialkombinationen Moderne Werkstoffverbunde bestehen aus Werkstoffkombinationen, deren Prozessfenster bei der Herstellung sehr klein ist. Für die Auslegung moderner Plattiertechnologien war somit die Schaffung theoretischer Grundlagen notwendig. Im vorliegenden Beitrag wurden die Grundlagen zur Beschreibung des Walzplattierens abgeleitet und experimentelle Studien vorgestellt.Auf Basis eines semianalytischen Plattiermodells wurden dimensionsanalytische Betrachtungen und eine Parameterstudie vorgenommen.Aus dem Walzplattiermodell wurde ein mehrskaliges anisothermes N-Schichtenmodell für das Walzen von Werkstoffverbunden und inhomogenen Werkstoffen im ebenen Formänderungszustand abgeleitet.Die diskutierte Parameterstudie wurde mit Legierungen aus Stahl, Al-und Cudurchgeführt, sodass für Kaltwalzplattierungen die wichtigsten Werkstoffkombinationen repräsentiert sind.In den Plattierversuchen ergaben Vergleiche der experimentellen Daten mit entsprechenden Plattiersimulationen sehr gute Übereinstimmungen von Schichtdicke, Walzkraft und Haftfestigkeit. Das Walzmoment wird im Bereich kleiner Werte gut vorausberechnet, während bei größeren Walzmomenten (Plattiermodell mit einer Schicht je Werkstoff) gegenüber dem Experiment höhere Werte errechnet werden. Der Werkstofffluss zeigt auch den Verlauf des Streifens bei Austritt aus dem Walzspalt richtig an (Walzen mit Unter- oder Oberdruck).Eine theoretische Studie auf Basis der aus dem Plattiermodell gewonnenen Prozessparameter zeigt die grundsätzlichen Zusammenhänge im Plattierprozess für das Schichtdickenverhältnis β, den Hebelarmbeiwert m, dem bezogenem Umformwiderstand k_wm/k_fm, Haftfestigkeit und anderen Größen.Die Studie zeigt im Vergleich mit einzelnen bekannten experimentellen Beobachtungen gute Vorhersage der Zusammenhänge und gibt damit tieferen Einblick in die Zusammenhänge eines Plattierprozesses. Die experimentelle Parameterstudie mit unterschiedlichen Plattierwerkstoffen und Formänderungen bestätigten die theoretischen Aussagen. Insbesondere erbrachte die Berücksichtigung der Verfestigung sowie des Einflusses von Temperatur und Umformgeschwindigkeit eine Verbesserung der Ergebnisse gegenüber bisherigen Lösungen aus der Literatur.Die Modelle für das Walzplattieren sowie Walzen wurden in den dafür entwickelten Softwarepaketen LayClad und LaySiMS zur schnellen Simulation umgesetzt und erprobt.