SFB 1368 – Sauerstofffreie Produktion – B03 Chemische Mechanismen bei der Titanzerspanung

Bei der spanenden Bearbeitung von Titanwerkstoffen entstehen aufgrund der hohen Prozesskräfte und Temperaturen in Kombination mit dem vorhandenen Sauerstoff aus der Umgebungsluft Oxidationsvorgänge an Werkzeug, Werkstück und Spänen. Diese führen zu erhöhtem Oxidationsverschleiß und begrenzen damit die Prozessleistungsfähigkeit. Gleichzeitig verändern sich durch die Oxidation sowohl die Randzoneneigenschaften der Bauteile als auch die chemische Zusammensetzung von Werkzeug und Spänen, was die Recyclingfähigkeit negativ beeinflussen kann. Die zugrunde liegenden Wechselwirkungen und Mechanismen sind bislang jedoch nicht vollständig verstanden und bilden daher die Ausgangsbasis für die Untersuchungen im Projekt.

Zielsetzung

Ziel des Teilprojekts B03 ist es, die Zusammenhänge zwischen dem Sauerstoffgehalt der Umgebungsatmosphäre und den daraus resultierenden Effekten auf Spanbildung, thermomechanische Belastung, Werkzeugverschleiß sowie die Eigenschaften der gefertigten Bauteile und Späne grundlegend zu erforschen. Durch das Verständnis dieser Wechselwirkungen sollen gezielt Maßnahmen zur Steigerung der Prozessleistungsfähigkeit identifiziert werden. Darüber hinaus werden Ansatzpunkte zur Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz abgeleitet, um einen nachhaltigen Beitrag zur Weiterentwicklung sauerstofffreier Produktionstechnologien zu leisten.

Vorteile

Im Rahmen des Projekts wird eine innovative Bearbeitungstechnologie entwickelt, die durch eine sauerstofffreie Atmosphäre Oxidationsverschleiß verhindert und somit die Lebensdauer der Werkzeuge signifikant erhöht. Die reduzierten Prozesskräfte und die verbesserte Spanbildung führen zu einer effizienteren und stabileren Bearbeitung, insbesondere bei anspruchsvollen Werkstoffen wie Titan. Ein weiterer zentraler Vorteil liegt in der deutlichen Senkung des Sauerstoffgehalts in den Spänen, wodurch eine vollständige Wiederverwertbarkeit des Materials ermöglicht wird. Das Projekt trägt damit sowohl zur Steigerung der Ressourceneffizienz als auch zur nachhaltigen und wirtschaftlichen Produktion in der metallverarbeitenden Industrie bei.

Vorgehen

Im Projekt wird eine nahezu sauerstofffreie Bearbeitungsumgebung geschaffen, indem die Luft während der Zerspanung durch ein Gasgemisch aus Argon und Silan ersetzt wird. Durch den direkten Vergleich der Spanbildung, thermomechanischen Belastung und des Werkzeugverschleißes in sauerstofffreier Atmosphäre gegenüber Bearbeitung in Luft werden die Effekte des Sauerstoffs quantifiziert und Potenziale der sauerstofffreien Fertigung abgeleitet.

Hochgeschwindigkeitsanalysen der Spanbildung ermöglichen ein tiefes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Spanentstehung und Oberflächengenerierung am Werkstück. In Kooperation mit Instituten der Leibniz Universität Hannover und der TU Clausthal werden zudem die chemischen Reaktionen und Reaktionsprodukte untersucht, wodurch Fertigungstechnik und Chemie gezielt miteinander verknüpft werden.

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Kontaktieren Sie Florian Schaper per E-Mail an schaper@ifw.uni.hannover.de oder telefonisch unter +49 511 762 18337.