Rührreibschweißen von Aluminium und Stahlwerkstoffen erfolgreich durchgeführt

Im Rahmen des Vorhabens wurden Stumpfstoß- und Überlapprührreibschweißverbindungen von Aluminium und Stahlwerkstoffen hergestellt. Neben gleichartigen und artfremden Aluminiumverbidnungen lassen sich durch Rührreibschweißen auch Aluminium und Stahl fügen. Dabei muss das Werkzeug so positioniert werden, dass es nur geringfügig in den Stahl eindringt und nur die Oberfläche im Stoßbereich deformiert und Oberflächengrenzschichten entfernt, damit das plastifizierte Aluminium eine Verbindung eingehen kann.

Im Stumpfstoß wird die Werkzeugachse gegenüber dem Stoß in Richtung Aluminium versetzt, im Überlappstoß wird die Stiftlänge geringfügig länger als die Blechdicke des Aluminiumfügepartners gewählt und das Aluminium über dem Stahl angeordnet. Die Oberfläche des Stahlfügepartners wird durch die Reibung mit dem Werkzeugstift deformiert, Oberflächengrenzschichten werden entfernt, so dass eine metallisch blanke, aktivierte Grenzfläche entsteht, mit der das plastifizierte Aluminium eine Bindung eingehen kann. Es entstehen nur sehr dünne Diffusionsbereiche.

Von der Stahloberfläche abgetrennte Partikel werden in der Aluminiummatrix der Rührzone eingebettet und es kann ein Grat entstehen, welcher diese Rührzone hineinragt. Im Überlappstoß kann dieser Grat zu einer Reduzierung der Festigkeit führen und sollte deshalb minimiert werden. Vorraussetzung ist eine Plastifizierung des Aluminiums und eine Deformierbarkeit der Stahloberfläche sowie die Verfügbarkeit geeigneter Werkzeugwerkstoffe (z.B. Hartmetall für duktile Stähle) und Anlagentechnik, welche über die erforderliche Kinematik und Kräfte verfügt.

Bei Aluminiumverbindungen tritt lochförmige Korrosion auf, es kann keine interkristalline Korrosion beobachtet werden. Die Aluminium-Stahl-Mischverbindungen zeigen hingegen interkristalline Korrosion am Aluminiumwerkstoff. Hier sind besondere Maßnahmen zum Korrosionsschutz erforderlich.

Das IGF-Vorhaben 15.686 der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Für diese Förderung und Unterstützung sei herzlich gedankt.