Beschreibung
P 1131 – Legierungskonzepte und Prozessstrategien für presshärtende Stähle mit erhöhter Restumformbarkeit
Eine effektive Möglichkeit zur Reduzierung der Emissionen von Personenkraftwagen stellt die Verringerung des Fahrzeuggewichtes dar. Dabei liegt das größte Einsparpotenzial im Bereich des Karosseriebaus, wo beispielsweise heute hochfeste Stähle konventionelle Feinblech-Werkstoffe ersetzen. Besonders herausfordernd ist allerdings der Einsatz von höchstfesten Stählen zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit im Crashfall. Eines der effizientesten Verfahren zur Herstellung von crashrelevanten Bauteilen, wie der B-Säule, ist das Presshärten, bei dem Umformung und Härten in einem Prozessschritt vereint sind. Aktuell wird in der industriellen Serienfertigung von pressgehärteten Bauteilen der Werkstoff 22MnB5 (1.5528) verwendet, dessen Duktilität im gehärteten Zustand jedoch aufgrund des Legierungskonzeptes eingeschränkt ist. Ein verbessertes Eigenschaftsprofil aus Festigkeit und Restumformvermögen wird für eine erhöhte Fahrzeuginsassensicherheit im Crashfall angestrebt. Dieses Projekt befasst sich somit mit der Entwicklung neuer Legierungskonzepte und Prozessstrategien zur Verbesserung der Restumformbarkeit von pressgehärteten Stählen.
Drei unterschiedliche Legierungskonzepte wurden untersucht: das Dualphasen-Konzept (DP), das Kornfeinung-Konzept (KF) und das Restaustenit-Konzept (RA). Für insgesamt 6 Stähle wurden abhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung unterschiedliche Wärmebehandlungszyklen mit dem Presshärten verknüpft. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag bei der Gefügeentwicklung und den daraus entstehenden charakteristischen Eigenschaften im Zug- und Biegeversuch. Darüber hinaus wurde die Beschichtbarkeit und die Weiterverarbeitbarkeit durch Schweißen untersucht. Es wird nachgewiesen, dass eine Verbesserung der Duktilität von pressgehärteten Werkstoffen im RA-Konzept durch komplexe Q&P-Gefüge (Quench&Partitioning) erreicht werden kann. Die weiterhin untersuchten DP- und KF-Konzepte zeigten hingegen nur eine marginale Verbesserung des Eigenschaftsprofiles. Die besten Eigenschaften im RA-Konzept ergeben sich für einen Werkstoff mit 0,3 Gew-% C und 2,5 Gew-% Mn mit Zugfestigkeitswerten von 1400-1500 MPa und Bruchdehnungswerten von 14-19 % in Abhängigkeit der jeweiligen Wärmebehandlung. Weitere Untersuchungen an dieser Legierung zeigen, dass der Werkstoff anlassbeständig und somit für eine Einbrennlackierung bei der Fahrzeugherstellung geeignet ist. Das Fügen ist sowohl durch Laserstrahl- als auch durch Punktschweißen durchführbar. Eine Schmelztauch-Beschichtung mit AlSi- als auch mit Zink-Überzügen ist prinzipiell möglich.
In diesem Projekt ist es somit gelungen, Möglichkeiten zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften von pressgehärteten Stählen durch eine Q&P-Wärmebehandlungsstrategie aufzuzeigen. Das Crashabsorptionspotenzial der hergestellten Werkstoffe konnte gegenüber dem Referenzwerkstoff 22MnB5 verdoppelt werden.
Veröffentlichung:
2021
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. W. Bleck, Dipl.-Ing. A. Rüskamp, M.Sc. Y. Sparrer
