Laser-Walzplattieren erzeugt attraktive Werkstoffpaarungen

Zur Herstellung eines Werkstoffverbunds aus schweißbarem Schmalband und härtbarem Vergütungsstahl wurde am IWS (Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik), Dresden, (DE), gemeinsam mit der MEC Lasertec, Leimbach, (CH), ein spezielles, auf Schmalband ausgelegtes Laser-Walzplattierverfahren entwickelt. Die wesentlichsten Komponenten der am IWS installierten Laboranlage sind ein hydraulisch betriebener Walzenstock mit einem für die Verarbeitung von 12 mm breitem Schmalband profilierten Walzenpaar, 2 Hochfrequenz-Generatoren mit 25 kW zum prozessintegrierten Vorwärmen der Bänder, ein CO2-Laser (6 kW), der in den Walzspalt justiert wird, Richt- und Führungseinheiten für weichgeglühte Ausgangsbänder sowie eine >fliegende< Schere für das Zuschneiden plattierter Bänder. Damit die vorgewärmten Bänder nicht oxidieren, ist die Laboranlage vollständig gekapselt und mit Schutzgas gefüllt. Vor dem Einlauf in den Walzenstock erfahren die Ausgangsbänder eine durchgreifende induktive Erwärmung auf Temperaturen von etwa 700 Grad C. Der in den Walzspalt justierte und mithilfe einer speziellen Optik linienförmig fokussierte Laserstrahl erhitzt unmittelbar vor dem Verwalzen nur die beiden zu fügenden Innenseiten der Bänder bis knapp unter Schmelztemperatur. Die Verformung im Walzspalt lokalisiert sich weitgehend auf die laserstrahlerhitzten Volumina. Unter dem Einfluss des Walzendrucks und bei Vermeidung des schmelzflüssigen Zustands bildet sich zwischen beiden Bändern ein gleichmäßiger, fehler- und grenzflächenfreier Gefügeübergang aus. Eine Aufhärtung des Vergütungsstahles wird vermieden. Das bei Walzgeschwindigkeiten bis 14 m/min plattierte Band, das nach dem Walzspalt kontinuierlich in Stücke geschnitten werden kann, lässt sich im walzplattierten Zustand nahezu beliebig verformen. Somit kann es ohne eine anschließende Wärmebehandlung direkt spanend, umformend oder schweißtechnisch weiterverarbeitet werden. Im Vergleich zu konventionellen Walzplattierverfahren erhält man beim Laser-Walzplattierverfahren eine höhere Variabilität bei Kombination unterschiedlich dicker, auf die jeweilige Applikation ausgelegter Bandwerkstoffe. Die damit hergestellten Halbzeuge aus dem Verbund härtbarer Stahl und preiswerter oder schweißbarer Trägerwerkstoff sind für die Fertigung von Teilen der Antriebstechnik geeignet. Außerdem ermöglicht das Laser-Walzplattierverfahren die Herstellung von Verbundhalbzeugen aus nicht oder schwer schweißbaren NE-Werkstoffkombinationen, z. B. aus Ti-Al, Ni-Ti und Ni-Al.