Beschreibung
P920 – Einsatz neuartiger Stähle und Generierung gradierter Leichtbaustrukturen im Presshärteprozess
Für die Herstellung von höchstfesten Stahlbauteilen innerhalb einer Fahrzeugkarosserie wird nach aktuellem Stand der Technik zumeist das Presshärteverfahren eingesetzt. In diesem thermomechanischem Herstellverfahren wird eine Formplatine zunächst über die Aus-tenitisierungstemperatur des Stahlwerkstoffs erwärmt, um dann im nachfolgenden Prozessschritt eine Umformung in die spätere Bauteilgeometrie bei gleichzeitiger Härtung des Gefüges zu erfahren. Hierdurch können sehr komplexe Bauteile mit Bauteilfestigkeiten >1500MPa hergestellt werden. In der Praxis wird hier standardmäßig der Werkstoff 22MnB5 eingesetzt, der nach dem Prozess auf einem Festigkeitsniveau von ca. 1500MPa–1600MPa liegt. Neuere Entwicklungen verfolgen hier eine weitere Steigerung der Festigkeit nach dem Prozess.
Durch die gezielte Modifikation von Prozessparametern innerhalb der Herstellungsroute des Presshärtens können darüber hinaus ebenfalls Bereiche mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften innerhalb einer Bauteilkomponente hergestellt werden. Durch diese Möglichkeit kann eine belastungsorientierte Bauteilgestaltung erfolgen, die einen Schlüsselfaktor zur Herstellung gewichtsoptimierter und damit ressourcenschonen der und effizienter Karosseriekomponenten darstellt.
Prozess aber auch werkstofftechnischer Natur sind aktuell die Optionen zur Herstellung unterschiedlicher mechanischer Eigenschaftsniveaus im Bauteil bis datobegrenzt, so dass das mögliche Leichtbaupotential durch den Prozess nicht vollends ausgeschöpft werden kann. In diesem Forschungsprojekt soll dieser mögliche Eigenschaftsbereich daher durch eine geziel-te Werkstoffentwicklung eines Werkstoffs und eine Prozessmodifikation hin zu niedrigeren Festigkeiten erweitert werden.
Aufgrund der Vielzahl an Einflussgrößen werden die Arbeiten der Projektrouten durch geeignete Simulationen begleitet. Ziel ist eine resultierende Zugfestigkeit im Bauteil nach dem Prozess von ca. 1200MPa–1300MPa zu generieren. Eingesetzt wird die Simulationssoftware JMatPro, mit der die mech. Eigenschaften in Abhängigkeit der Prozessparameter und der Legierungszusammensetzung bestimmt werden können. Die Bestimmung der Prozessparameter für einen partiellen Austenitisierungsprozess wird parallel durch eine experimentelle Prozess-fensteruntersuchung validiert. Auf Basis der Simulationen werden Werkstoffabgüsse des neu zu entwickelnden Werkstoffs angefertigt und charakterisiert. Final werden die zwei Entwicklungsrouten im Bauteiltest validiert und vergleichend bewertet. Beide Entwicklungsrouten konnten während der Projektlaufzeit erfolgreich umgesetzt und final am Bauteil validiert werden. Die Werkstoffeigenschaften lagen innerhalb der anvisierten mechanischen Eigenschaften, wobei sich die Mikrostruktur des Werkstoffs für die zwei Routen deutlich voneinander unterschied. Hierdurch änderte sich das Fließverhalten des Werkstoffs. Auf Basis der experimentellen Untersuchungen ist daher der Einsatz der Prozessroute Werkstoffentwicklung aufgrund der homogenen Gefügeausbildung und sehr guten Verformungseigenschaften deutlich zu empfehlen. Das Forschungsvorhaben wurde am Lehrstuhl für Leichtbau im Automobil der Universität Paderborn mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt.
Veröffentlichung:
Januar 2019
Autoren:
Prof. Dr. rer. nat. T. Tröster, Dr.-Ing. T. Marten
