Fabrikation und Anwendung von metallischen Schichtverbundwerkstoffen
Roland Kasberger und Bruno Buchmayr
Lehrstuhl für Umformtechnik, Montanuniversität Leoben, Leoben, Österreich
gradient in degree of deformation inherent to the process can be reduced by lubrication, which results in improved parallelism and more even bond strengths.
Schon in der Antike verband man Metalle mit ähnlichen oder auch unterschiedlichen Eigenschaften, um Verbund-werkstoffe mit verbesserten Eigenschaften zu erzeugen. Auch in der Natur finden sich viele Beispiele für Komposit-materialien, welche in bionischen Anwendungen adaptiert werden können. Der Ansporn hierfür liegt vor allem in der Verbesserung von Eigenschaften wie Duktilität, Bruchzähig-keit oder Korrosionsbeständigkeit, wenn geeignete Mate-rialkombinationen miteinander laminiert werden [1]. Diese Verbunde können die Materialeffizienz für den Leichtbau verbessern [2] und damit auch zu Kostensenkungen führen.
In Kap. 2 dieses Artikels werden einige Anwendungsbei-spiele von Verbundwerkstoffen aus Antike und Moderne dargestellt. Kap. 3 widmet sich speziell dem Aspekt der verbesserten Bruchzähigkeit von Mehrschichtverbun-den. Ausgewählte Herstellprozesse werden in Kap. 4 angesprochen, während experimentelle Ergebnisse zum Pressschweißen mehrschichtiger Stahl-Stahl-Verbunde in Kap. 5 präsentiert werden.
2. Motivation zur Anwendung von Verbundwerkstoffen in Antike und Moderne
Eine der frühesten bekannten Verweise auf einen metalli-schen Schichtverbundwerkstoff kann in der ‚Ilias‘ (Homer, ca.
Zusammenfassung: Durch eine geschickte Kombination unterschiedlicher Materialien können maßgeschneiderte Verbundwerkstoffe erzeugt werden, um die oft komplexen Anforderungsprofile moderner Anwendungen erfüllen zu können. Geschichtete Verbunde aus unterschiedlich festen Materialien, welche aufgrund ihrer hohen Schädigungsto-leranz von besonderem Interesse sind, werden diskutiert und verschiedene umformtechnische Herstellwege für solche Verbunde aufgezeigt. Im Pressschweißverfahren wurden Ferrit/Martensit-Verbunde mit 7 bzw. 13 Schichten hergestellt und die Einflüsse von Geometrie und Reibung durch Schichtdickenmessungen untersucht. Es konnte ge-zeigt werden, dass sich der verfahrensbedingte Gradient im Umformgrad durch geeignete Schmierung reduzieren lässt, was in besserer Parallelität der Schichten sowie in gleichmäßigeren Interfacefestigkeiten resultiert.
Production and Application of Metallic Laminated Composites
Abstract: Through a clever combination of different ma-terials, tailor-made composite materials can be fabricated which are able to fulfil high requirements often set by modern applications. Laminated composites of materi-als with different yield strengths, promising due to their damage tolerance, are discussed, and selected manufac-turing methods suited for their production are presented. Utilizing the press bonding method, Ferrite/Martensite composites with 7 and 13 layers were manufactured and the influence of geometry and friction was assessed by layer thickness measurements. It could be shown that the
DI R. Kasberger ()Lehrstuhl für Umformtechnik, Montanuniversität Leoben,Franz-Josef-Straße 18, 8700 Leoben, ÖsterreichE-Mail: [email protected]
Eingegangen am 16. Februar 2014; angenommen am 4. März 2014; online publiziert am 25. März 2014
800 v. Chr.) gefunden werden. Das dort beschriebene Schild des Helden Achilles, geschmiedet vom Gott Hephaistos, bestand aus fünf Schichten (Bronze/Zinn/Gold/Zinn/Bronze), welche einen Speerstoß effektiv abwehren konnten [3].
Die Motivation zur Herstellung (geschichteter) Ver-bundwerkstoffe in der Antike war jedoch unterschiedlich. Einerseits wurden in der Frühzeit der Eisengewinnung nur geringe Mengen an Stahl erzeugt, womit nur dem-entsprechend kleine Teile herstellbar waren. Durch das Zusammenfügen hoch erhitzter Eisenstücke mithilfe von Hammerschlägen konnten jedoch größere Stücke geschmiedet werden. Andererseits erkannte man schon früh, dass es mit dieser Technik möglich war, Waffen aus einem Verbund von hoch- und niedrigkohligen Stählen herzustellen. Diese vereinten die für Schlagwaffen so wich-tigen Eigenschaften der hohen Härte bei gleichzeitig guter Zähigkeit in sich. Zusätzlich dienten auch optische Zwecke als Motivation [3, 4].
Eine hohe Popularität haben dabei die so genannten „Damaszenerstähle“ erlangt. Typisch für alle Damaszener-stähle ist die gemusterte Oberfläche, welche den inneren Aufbau und die Schmiedetechnik des Materials wider-spiegelt [4]. Japanische Schwerter, ebenfalls Verbunde aus hoch- und niedrigkohligen Stählen, sind in der japa-nischen Kultur fest verankert und aufgrund sorgfältiger Pflege auch heute noch sehr gut erhalten. Die berühm-
testen dieser Schwerter, bis zu 1.500 Jahre alt, gelten als Nationalschätze und besitzen sogar Eigennamen [3].
In der Moderne gibt es eine Vielzahl denkbarer Anwen-dungen, da Verbundwerkstoffe die Möglichkeit maßge-schneiderter Eigenschaften bieten. Als kostengünstige Alternative zu monolithischem, korrosionsbeständigem Material bei hohen chemischen Beanspruchungen eignen sich beispielsweise Plattierungen aus Baustahl und kor-rosionsbeständigen Nickelbasis-Legierungen. Die Haupt-einsatzgebiete heutiger Schichtverbunde liegen jedoch vor allem in der Automobil- und Flugzeugbranche, wo Gewichtsreduktion und Sicherheit eine große Rolle spielen. Dabei ist vor allem die hohe Schadenstoleranz mehrschich-tiger Verbunde von Nutzen, deren zugrundeliegenden Mechanismen im nächsten Kapitel angesprochen werden.
3. Schadenstoleranz von mehrschichtigen Verbundwerkstoffen
Die verbesserte Zähigkeit von Schichtverbundwerkstoffen wird üblicherweise Mechanismen wie Delamination, Riss-ablenkung oder Rissbrückenbildung zugeschrieben, die je nach Orientierung des Risses zu den Schichten auftreten können (Abb. 1) [1].
Abb. 1: Verschiedene zähig-keitssteigernde Mechanismen in Schichtverbundwerkstoffen [1]
Reinigung der Oberfläche und durch die Erzeugung einer kaltverfestigten Oberfläche durch Drahtbürsten, erleichtert werden. Dabei ist zu beachten, dass für unterschiedliche Materialkombinationen andere Präparationsmethoden geeignet sein können [10]. Um eine Zerstörung der so gebildeten frischen Bindungen durch etwaige elastische Rücksprungeffekte zu vermeiden, muss die Deformation einen Schwellwert überschreiten, der spezifisch für das Material und die Prozessparameter ist [11].
Hohe Temperaturen während des Verschweißprozesses oder im Rahmen einer nachfolgenden Wärmebehandlung erlauben Diffusion, was einen positiven Einfluss auf die Bindestärke haben kann [11]. Bestimmte Materialkombina-tionen, wie Eisen/Aluminium [12] oder Aluminium/Kupfer [13], neigen jedoch zur Bildung von spröden und dement-sprechend unerwünschten intermetallischen Phasen.
Obwohl abhängig vom Herstellprozess weitere Parame-ter existieren, welche die Bindestärke beeinflussen kön-nen, werden im Allgemeinen der Verformungsgrad sowie eine Wärmebehandlung als ausschlaggebend für die Aus-bildung einer guten metallischen Bindung erachtet.
4.2 Walzplattieren
Beim Walzen wird prinzipiell je nach Temperatur zwischen Kalt- und Warmwalzen unterschieden. Bei der Herstellung von Schichtverbunden hat dabei das Kaltwalzen mehrere Vorteile gegenüber dem Warmwalzen, wie beispielsweise gleichmäßigere Dicken der individuellen Schichten, gute Oberflächenqualität sowie geringere Kosten [14]. Wichtige Einfluss- und Prozessparameter werden in ausführlichen Reviews [15, 16] diskutiert.
Speziell in Multiphasen- und Verbundwerkstoffen wird die Bruchzähigkeit jedoch auch signifikant von ört-lichen Unterschieden in den mechanischen Eigenschaf-ten beeinflusst. Dieser „Materialinhomogenitätseffekt“ ist grundsätzlich von den klassischen, oben erwähnten Mechanismen zu unterscheiden. Die Änderung der risstrei-benden Kraft aufgrund einer Materialinhomogenität kann mit dem Konzept der Konfigurationskräfte (engl: „configu-rational forces model“) berechnet werden. Für detaillierte Erklärungen und Ableitungen dieses Konzepts wird auf andere Veröffentlichungen [5, 6] verwiesen.
Berechnungen zeigten, dass durch diesen Effekt ein Riss, der von einer (im Sinne von E-Modul oder Fließspan-nung) „weichen“ in eine „harte“ Schicht wächst, sogar komplett gestoppt werden kann [7].
Dieser Mechanismus kann nun in Verbundwerkstoffen aus alternierend weichen und harten Schichten ausgenutzt werden. Der Herstellung solcher Verbunde aus Metall ist das nächste Kapitel gewidmet.
4. Produktion von metallischen Schichtverbundwerkstoffen
Im Verlauf der Jahrhunderte wurden verschiedenste Füge- und Abscheidungsprozesse entwickelt, welche sich prinzipiell für die Produktion von metallischen Schichtver-bunden eignen. Im Folgenden werden ausgewählte Her-stellwege kurz angesprochen, welche durch Umformung eine metallische Bindung im festen Zustand erreichen: das Walzen, Extrudieren, Explosionsschweißen sowie das Pressschweißen. Auf andere Verfahren, wie z. B. chemi-sche oder physikalische Abscheidung, Löten oder Diffusi-onsschweißen, wird an dieser Stelle nicht eingegangen.
4.1 Generelle Überlegungen zum Festkörperschweißen
Alle Produktionsprozesse zielen darauf ab, eine ausrei-chende Bindung zwischen den individuellen Schichten zu erzeugen. Abhängig vom Herstellweg wird dies durch Mechanismen wie Adhäsion, mechanische Verzahnung, Diffusion oder metallische Bindungsentstehung erreicht.
Beim Festkörperschweißen zweier Metallschichten ent-steht dann eine metallische Bindung, wenn sich Elektro-nen frei zwischen ihnen bewegen können. Dies erfordert eine Annäherung der Schichten auf atomarer Ebene. Ein einfacher Kontakt zweier Metalloberflächen führt jedoch aufgrund von immer vorhandenen Oxid- und Kontamina-tionsschichten nicht zur Verschweißung [8]. Durch Defor-mation und Vergrößerung der Oberflächen in Kontakt brechen diese Schichten auf und „jungfräuliches“ Metall wird durch die entstehenden Risse extrudiert [9]. Auf-grund der Oxid- und Kontaminationsfreiheit dieses fri-schen Materials entsteht an diesen Stellen die gewünschte metallische Bindung (Abb. 2).
Im Falle des Kaltverschweißens kann dies durch Ober-flächenpräparation, beispielsweise mittels sorgfältiger
Abb. 2: Schema der Bindungsentstehung beim Kaltverschweißen von drahtgebürstetem Aluminium durch Extrusion von unkontaminiertem Material und Ausdünnung etwaiger Kontaminationsschichten [9]
eine Methode zur Hochverformung entwickelt wurde [24]. Auch damit gelang es, bimetallische Stangen [25] sowie zwei- und mehrschichtige Laminate herzustellen [26].
Abhängig von der der Materialpaarung und der Höhe der aufgebrachten Verformung während der Extrusion kann der Vorgang kalt oder warm erfolgen [20]. Limitiert wird die-ser Prozess hauptsächlich durch die maximalen Extrusions-kräfte sowie durch das Umformvermögen des Materials.
4.5 Pressschweißen
Beim Pressschweißen werden durch die Aufbringung eines ausreichend hohen Druckes zwei oder mehrere Ein-zelstücke aus Metall verformt, sodass eine metallische Bin-dung zwischen den Partnern entsteht. Die üblicherweise hohen Temperaturen während des Pressvorganges unter-stützen die Ausbildung von metallischen Bindungen durch Diffusion und dem Herabsetzen der Fließspannung.
Wichtig für die Anwendung dieses Prozesses für die Massenproduktion ist dabei die Auswahl einer geeigne-ten Form bzw. eines geeigneten Pressstempels, um den Materialfluss zu kontrollieren. Eine anschließende maschi-nelle Bearbeitung entfernt überschüssige Grate. Vor dem Verpressen müssen die einzelnen Schichten jedoch einzeln gereinigt, zu einem Paket aufgestapelt und optional auf-geheizt werden, wobei eine Reoxidation der Oberflächen unbedingt vermieden werden sollte.
Im Folgenden wurde die Eignung des Pressschweißver-fahrens für die Herstellung mehrschichtiger Stahl/Stahl-Verbunde untersucht.
5. Pressschweißung von Stahl/Stahl-Verbunden
Wie in Kap. 3 erwähnt, tritt der zähigkeitssteigernde Material-inhomogenitätseffekt in Verbunden mit alternierend harten und weichen Schichten auf. Die Verwendung von Stahlwerk-stoffen unterschiedlicher Härtbarkeit bietet dabei die Mög-lichkeit, Ferrit/Martensit-Verbunde herstellen zu können.
Mehrschichtige Stahl/Stahl-Verbundwerkstoffe wur-den im Pressschweißverfahren bei einer Temperatur von 1.150 °C und gleichbleibender Maximalspannung herge-stellt. Die Verbunde bestehen aus alternierenden Schich-ten aus weichem Tiefziehstahl (DC04) sowie härtbarem 22MnB5, welche vor dem Pressen drahtgebürstet, mit Aceton entfettet und zu Paketen zusammengebaut wur-den. Um einen Sauerstoffzutritt und damit Reoxidation während des Aufheizvorganges im Ofen zu vermeiden, wurden die Pakete in Härtefolie verpackt.
Metallographische Untersuchungen verschiedenster Verbundkonfigurationen, in welchen Anzahl und Ausgangs-dicke der individuellen Schichten variiert wurden, dienten zur Beurteilung der Einflüsse von Geometrie und Reibung.
Abbildung 3 skizziert zwei Konfigurationen, welche sich nur durch die Anzahl der Schichten und somit in ihrem h0/b0-Verhältnis unterscheiden. Bei der gleichen maximalen Spannung von σmax = 360 MPa konnte der 7-Schicht-Ver-
Während Kaltwalzprozesse primär für die Herstellung von Verbunden mit zwei Schichten verwendet werden, sind sie keineswegs nur darauf begrenzt. So wurde bei-spielsweise das Walzen eines mehrlagigen Laminates aus Titan und Aluminium, also zwei Metallen unterschied-licher Festigkeit, untersucht [17]. Der von Saito [18] ent-wickelte ARB-Prozess („Accumulated Roll-Bonding“) eignet sich ebenfalls zur Erzeugung von ultra-feinkörnigen Mehrschichtverbunden.
Das Kaltwalzen stößt beim Verschweißen festerer Metalle jedoch an seine Grenzen [15], was auf einen ver-stärkten elastischen Rücksprung zurückzuführen ist [19]. Abhilfe kann in diesen Fällen das Warmwalzen schaffen, was gleichzeitig die notwendigen Walzkräfte reduziert. Temperaturbereiche, die zur Versprödung oder zur Bil-dung von intermetallischen Phasen führen, müssen dabei abhängig von der gewählten Materialkombination im Schichtverbund vermieden werden.
4.3 Explosionsschweißen
Mit der Verwendung von Sprengstoff kann eine Festkörper-verschweißung zweier metallischer Oberflächen, welche zuvor in einem geringen Abstand zueinander positioniert wurden, in Sekundenbruchteilen durchgeführt werden. Die Explosionsenergie beschleunigt die aufzuschweißende Metallplatte derart, dass durch die hohe Auftreffgeschwin-digkeit Oberflächenkontaminationen strahlartig ausgesto-ßen werden. Zurück bleibt eine chemisch reine Oberfläche, was eine feste metallische Bindung zwischen den Schich-ten ermöglicht. Oft bildet sich ein welliges Interface aus, was die Bindestärke durch die mechanische Verzahnung sowie die Vergrößerung der Kontaktfläche verbessert [20]. Obwohl die Verschweißung augenblicklich nach der Zün-dung erfolgt, ist die Präparation der Sprengung mit erheb-lichem Arbeitsaufwand und Sicherheitsvorkehrungen verbunden, kann also nicht wirtschaftlich in einer Massen-produktion eingesetzt werden.
Dieses Verfahren wird meistens zur Erzeugung zwei-schichtiger plattierter Verbunde verwendet. Jede weitere Schicht erfordert eine zusätzliche Explosion, was bei einem dreischichtigen Sandwich-Laminat bereits den doppelten Arbeitsaufwand bedeutet [21]. Frühe Versuche der Her-stellung von Laminaten noch höherer Schichtanzahl waren nicht immer erfolgreich [22].
4.4 Extrusion
Extrusion wird schon seit geraumer Zeit für die Herstel-lung bimetallischer, zweilagiger Stangen angewendet. Durch die Verwendung einer rechteckigen Matrize wurden kürzlich auch flache, dreilagige Schichtverbunde unter-schiedlicher Zusammensetzungen erzeugt [23]. Sowohl bei der Extrusion von flachen als auch von rotationssym-metrischen Verbundwerkstoffen können jedoch Brüche im Kernmaterial auftreten [23].
Eine andere Art eines Extrusionsprozesses ist das ECAE („Equal Channel Angular Extrusion“), was ursprünglich als
Dies bedeutet, dass der so berechnete Umformgrad ein Maß für die jeweilige Oberflächenvergrößerung und somit für die Qualität der Bindung zwischen den Schichten dar-stellt. Die Ergebnisse in Abb. 6 lassen darauf schließen, dass die zu erwartende Bindestärke zwischen den Rand-schichten ohne eine nachfolgende Wärmebehandlung sig-nifikant schwächer als in den Kernschichten ist.
Durch die Auftragung der zuvor gemittelten Umform-grad-Einzelwerte über die Probenbreite (Abb. 7) ist des Weiteren eine Verformungsinhomogenität innerhalb der Schichten ersichtlich. Dabei weisen die Randschichten das Umformgradminimum und damit die schwächste Bindung in der Probenmitte auf, während die Kernschichten an den Probenrändern am wenigsten verformt und verschweißt wurden.
Die Verbiegung der Schichten wird dabei durch die Rei-bung zwischen Verbund und Pressstempel verursacht. Die verbesserte Parallelität der Schichten durch eine Schmie-rung der Stempel mit Bornitrid (Abb. 8) ist bei einem Ver-gleich mit Abb. 5 offensichtlich. Durch die Schmierung
bund (Abb. 4) zu einem Umformgrad von φ = − 0,23 der 13-Schicht-Verbund (Abb. 5) jedoch zu einem Umform-grad von φ = − 0,63 gepresst werden. Der höhere erreichte Umformgrad des 13-Schicht-Verbundes ist auf das höhere h0/b0-Verhältnis zurückzuführen, welches in der Umform-technik eine wichtige Rolle spielt.
Während in Abb. 4 noch eine gute Parallelität und Gleich-mäßigkeit der Schichten gegeben ist, zeigt sich in Abb. 5 eine starke Verformungsinhomogenität, welche sich in einer Verbiegung der Schichten und einer deutlichen Abnahme der Schichtdicken zur Probenmitte hin äußert. Zur Quantifi-zierung dieser Verformungsinhomogenität wurden in jeder der 13 Schichten neun Messungen der Schichtdicke d (in Abständen von 2 mm zueinander) durchgeführt und dar-aus der durchschnittliche Umformgrad berechnet (Abb. 6). Dabei ist zu beachten, dass aufgrund der Probengeometrie die Annahme eines ebenen Verformungszustandes gerecht-fertigt ist, wodurch die logarithmische Dickenänderung der logarithmischen Breitenänderung entspricht:
(1)ϕ =
=
| | | |ln ln
d
d
b
b0 0
Abb. 6: Durchschnittlicher Umformgrad jeder Schicht (je 9 Einzelmes-sungen am Verbund in Abb. 5)
Abb. 5: Ohne Schmierung pressgeschweißter Stahl/Stahl-Verbund aus 13 Schichten (hell: DC04, dunkel: 22MnB5)
Abb. 4: Ohne Schmierung pressgeschweißter Stahl/Stahl-Verbund aus 7 Schichten (hell: DC04, dunkel: 22MnB5)
Abb. 3: Skizze und Abmessungen der Schichtpakete beim 7- bzw. 13-Schicht-Verbund vor dem Pressen
REM (Abb. 11) zeigt einen überwiegenden duktilen Bruch, was auf eine vorhergehende metallische Bindung an die-sen Stellen schließen lässt (siehe Modellvorstellung in Abb. 2). Die an den anderen Interfaces nur vereinzelt auf-getretenen Poren bzw. Stellen beginnender Delamination (Abb. 12) zeugen von einer im Vergleich deutlich besseren Festigkeit.
6. Zusammenfassung und Ausblick
Das Pressschweißverfahren eignet sich gut für die Herstel-lung von mehrschichtigen Stahl-Stahl-Verbunden. Durch den Einsatz von Schmierstoffen kann der Reibungseinfluss soweit reduziert werden, dass eine ausreichende Paralleli-tät der Schichten erreicht werden kann. Aufgrund des klei-neren Umformgrades in den Randschichten weisen diese jedoch eine geringere Interfacefestigkeit auf.
In weiterer Arbeit werden am Lehrstuhl für Umformtech-nik weitere metallische Schichtverbunde mit unterschied-lichen mechanischen und geometrischen Eigenschaften hergestellt werden. Neben dem Pressschweiß-Verfahren werden dabei, je nach Materialkombination, auch andere
wurde des Weiteren der Umformwiderstand reduziert, wodurch bei gleicher Maximalspannung mit φ = − 0,78 auch ein höherer Umformgrad erreicht wurde.
Um die Bindestärke zu quantifizieren, wurde der mit Schmierung hergestellte Verbund zu einer einfachen Rundzugprobe verschweißt (Abb. 9), gehärtet und im Zug-versuch getestet. Wie zu erwarten war, trat das Versagen durch Delamination in der Randschicht auf (Abb. 10). Die so ermittelte Interfacefestigkeit von 210 MPa liegt dabei zwischen der Fließspannung (160 MPa) und der Zugfes-tigkeit (300 MPa) des DC04. Eine Bruchflächenanalyse im
Abb. 11: REM-Aufnahme der Bruchoberfläche nach dem Zugversuch
Abb. 10: Verbund aus Abb. 8 nach dem Zugversuch. Versagen trat dabei durch Delamination am ersten Interface auf
Abb. 9: Einfache Rundzugprobe zur Quantifizierung der Interface- Festigkeit
Abb. 8: Mit Bornitrid-Schmierung pressgeschweißter Stahl/Stahl-Ver-bund aus 13 Schichten (hell: DC04, dunkel: 22MnB5)
Abb. 7: Variation des Umformgrades über die Probenbreite inner-halb der einzelnen Schichten. (1 = Randschicht bis 7 = mittlere Schicht, Schichten 8 bis 13 symmetrisch dazu)
7. Kolednik, O.; Predan, J.; Fischer, F. D.; Fratzl, P.: Bioinspired design criteria for damage-resistant materials with periodically varying microstructure, Advanced Functional Materials 21 (2011), Nr. 19, S. 3634–3641
8. Mohamed, H.; Washburn, J.: Mechanism of solid state pressure welding, Welding Journal 54 (1975), Nr. 9., S. 302–310
9. Bay, N.: Cold welding: part 1. Characteristics, bonding mecha-nisms, bond strength, Metal Construction 18 (1986), Nr. 6, S. 369–372
10. Clemensen, C.; Juelstorp, O.; Bay, N.: Cold welding: part 3. Influ-ence of surface preparation on bond strength, Metal Construction 18 (1986), Nr. 10, S. 625–629
11. Buchner, M.; Buchner, B.; Buchmayr, B.; Kilian, H.; Riemelmoser, F.: Investigation of different parameters on roll bonding quality of aluminium and steel sheets, International Journal of Material Forming 1 (2008), Nr. 1, S. 1279–1282
12. Danesh Manesh, H.; Karimi Taheri, A.: The effect of annealing treatment on mechanical properties of aluminum clad steel sheet, Materials & Design 24 (2003), Nr. 8, S. 617–622
13. Abbasi, M.; Taheri, A. K.; Salehi, M.: Growth rate of intermetal-lic compounds in Al/Cu bimetal produced by cold roll welding process, Journal of Alloys and Compounds 319 (2001), Nr. 1/2, S. 233–241
14. Li, L.; Yin, F. X.; Nagai, K.: Progress of laminated materials and clad steels production, Materials Science Forum 675–677 (2011), S. 439–447
15. Li, L.; Nagai, K.; Yin, F.: Progress in cold roll bonding of metals, Sci-ence and Technology of Advanced Materials 9 (2008), Nr. 2, S. 1–11
16. Jamaati, R.; Toroghinejad, M. R.: Cold roll bonding bond strengths: review, Materials Science and Technology 27 (2011), Nr. 7, S. 1101–1108
17. Chaudhari, G. P.; Acoff, V.: Cold roll bonding of multi-layered bi-metal laminate composites, Composites Science and Technology 69 (2009), Nr. 10, S. 1667–1675
18. Saito, Y.; Utsunomiya, H.; Tsuji, N.; Sakai, T.: Novel ultra-high strai-ning process for bulk materials – development of the accumula-tive roll-bonding (ARB) process, Acta Materialia 47 (1999), Nr. 2, S. 579–583
19. Bowden, F. P.; Rowe, G. W.: The adhesion of clean metals, Procee-dings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Enginee-ring Sciences 233 (1956), Nr. 1195, S. 429–442
20. Groover, M.: Fundamentals of modern manufacturing, 3. Aufl., Hoboken, NJ: Wiley, 2007
21. Cleland D. B.: Basic consideration for commercal processes, in: T. Z. Blazynski (Hrsg): Explosive welding, forming, and compac-tion, London/New York, Applied Science Publishers Ltd., 1983, S. 159–188
22. Al-Hassani, S.; Salem, S.: Explosive bonding of multilayer compo-sites (theory and experiments), in: Proceedings of the Internatio-nal Conference on High Energy Rate Fabrication, Leeds, England, 1981, S. 208–217.
23. Engelhardt, M.; Grittner, N.; von Senden genannt Haverkamp, H.; Reimche, W.; Bormann, D.; Bach, F.-W.: Extrusion of hybrid sheet metals, Journal of Materials Processing Technology 212 (2012), Nr. 5, S. 1030–1038
24. Segal, V.: Materials processing by simple shear, Materials Science and Engineering A 197 (1995), Nr. 2, S. 157–164
25. Eivani, A.; Taheri, A. K.: A new method for producing bimetallic rods, Materials Letters 61 (2007), Nr. 19/20, S. 4110–4113
26. Liu, X.; Chen, R.; Han, E.: Preliminary investigations on the Mg–Al–Zn/Al laminated composite fabricated by equal channel angu-lar extrusion, Journal of Materials Processing Technology 209 (2009), Nr. 10, S. 4675–4681
Herstellrouten zum Einsatz kommen. Anschließende bruchmechanische Untersuchungen haben zum Ziel, Richt-linien für die Herstellung schädigungstoleranter Materia-lien erstellen zu können.
7. Danksagung
Dank gilt der voestalpine Stahl GmbH Linz für die groß-zügige Bereitstellung von Material. Finanzielle Unterstüt-zung durch die Bundes- und Landesregierung Österreichs und der Steiermark innerhalb der Forschungsaktivitäten des K2 Kompetenzzentrums „Integrated Research in Ma-terials, Processing and Product Engineering“, im Rahmen des Österreichischen COMET-Programms („Competence Centers for Excellent Technologies“), wird dankbar an-erkannt (Projekt A4.20-WP2).
Literatur
1. Lesuer, D.; Syn, C.; Sherby, O.; Wadsworth, J.; Lewandowski, J.; Hunt, W.: Mechanical behaviour of laminated metal composites, International Materials Reviews 41 (1996), Nr. 5, S. 169–197
2. Buchmayr, B.; Figala, G.; Wunsch, L.: Lokale fertigungstechni-sche Verstärkungskonzepte zur Erhöhung der Materialeffizienz, BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte 155 (2010), Nr. 7, S. 307–312
3. Wadsworth, J.; Lesuer, D. R.: Ancient and modern laminated com-posites — from the Great Pyramid of Gizeh to Y2K, Materials Cha-racterization 45 (2000), Nr. 4/5, S. 289–313
5. Simha, N.; Fischer, F.; Kolednik, O.; Chen, C.: Inhomogeneity effects on the crack driving force in elastic and elastic-plastic materials, Journal of the Mechanics and Physics of Solids 51 (2003), Nr. 1, S. 209–240
6. Fischer, F.; Predan, J.; Fratzl, P.; Kolednik, O.: Semi-analytical approaches to assess the crack driving force in periodically hete-rogeneous elastic materials, International Journal of Fracture 173 (2012), Nr. 1, S. 57–70
Abb. 12: REM-Aufnahme eines Interfaces zwischen den beiden Stahl-sorten. Stellen beginnender lokaler Delamination sind mit Pfeilen markiert
