Enhancement of the formability of multilayered aluminum sheet metal with ultrafine grain structure

Mehrlagige Aluminiumblechwerkstoffe, die mittels des Accumulative Roll Bonding (ARB) Verfahrens hergestellt werden, weisen ein nanokristallines Gefüge sowie verbesserte mechanische Festigkeitskennwerte auf. In Kombination mit prozess- sowie anwendungs-angepassten Eigenschaftsgradienten bieten diese Werkstoffe trotz des zunächst limitierten Umformvermögens das Potential, Gewichtseinsparungen bei Fahrzeugkarosserien erzielen zu können. Zur Ausschöpfung dieses Potentials wird im Rahmen dieser Arbeit zunächst die Hochskalierung des ARB-Prozesses ausgehend vom Labormaßstab untersucht, um die Herstellung großformatiger Platinen zu ermöglichen. Anschließend werden über nach-geschaltete lokale Wärmebehandlungsprozesse der mehrlagigen Bleche spezifische Eigenschaftsverläufe über die Blechebene und in Blechdickenrichtung eingestellt. Diese sollen einerseits durch eine lokale Entfestigung und andererseits durch die örtliche Erhöhung der Bindungsfestigkeit zwischen den Blechlagen zu einer Verbesserung des Umformvermögens dieser Werkstoffe beitragen. Daher werden im nächsten Schritt die Auswirkungen auf das Umformverhalten in Tiefzieh- und Biegeversuchen analysiert und bewertet. Abschließend werden die Wirkmechanismen für Tailor Heat Treated Blanks (THTB) entsprechend der Erkenntnisse dieser Arbeit erweitert sowie Gestaltungsrichtlinien für die Anwendung der verschiedenen Eigenschaftsgradienten bei maßgeschneiderten, mehrlagigen Aluminium¬platinen abgeleitet. Multilayered aluminum sheet metal that is produced using the Accumulative Roll Bonding (ARB) process shows nanocrystalline grain structure and enhanced mechanical strength. Despite limited formability, in combination with process- and application-adapted property gradients these materials offer the potential to achieve weight reduction regarding the car body. For the exploitation of that potential, within the framework of this work at first the upscaling of the ARB process is analyzed starting from the laboratory scale to enable the production of large-scaled blanks. Subsequently, specific property gradients are realized over the sheet plane and in thickness direction applying local heat treatment processes. These should lead to an enhancement of the formability due to local softening on the one hand and the local increase of the bond strength of the layers on the other hand. Therefore, the particular effects on the forming behavior are analyzed and evaluated in deep drawing and bending tests. Finally, the mechanisms for Tailor Heat Treated Blanks (THTB) are extended according to the findings of this work and guidelines for the design of tailored and locally heat treated blanks out of multilayered aluminum are defined.