In-situ Charakterisierung eines lokal aufgekohlten Komplexphasenstahls zur Herstellung von Halbzeugen mit maßgeschneiderten Eigenschaften

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450281370

Das Presshärten hoch- und höchstfester Stahlwerkstoffe ist ein etabliertes Verfahren zur Herstellung sicherheitsrelevanter Karosseriekomponenten unter Berücksichtigung des Leichtbaugedankens. Eine zusätzliche Verbesserung des Insassenschutzes kann durch die gezielte lokale Einstellung der mechanischen Eigenschaften realisiert werden. Durch Anpassungen von Prozess oder Halbzeug, wie beispielsweise bei einer örtlich begrenzten Aufkohlung oder dem partiellen Presshärten, werden gleichzeitig sowohl harte als auch duktile Bereiche in das Blech eingebracht. Bei der Auslegung dieser oder ähnlicher Presshärteprozesse sind vor allem die mikrostrukturellen Veränderungen der höchstfesten Stähle im Laufe der Prozesskette von entscheidender Bedeutung. Durch das Laser-Ultraschall Messverfahren ist eine in-situ Bestimmung dieser Veränderungen möglich. Wie im Stand der Technik dargelegt, findet das genannte Verfahren zwar bereits Anwendung, ist zur Auslegung eines Prozessfensters beim Presshärten aber noch nicht in Gänze erforscht. Das Ziel dieses Projekts ist daher die in-situ Charakterisierung eines lokal aufgekohlten Komplexphasenstahls auf Basis des mittels Laser-Ultraschall bestimmten Kornwachstums und der Phasenumwandlung. Mit Hilfe einer grundlagenwissenschaftlichen Untersuchung der Einflussfaktoren auf die mechanischen Eigenschaften und Mikrostruktur soll ein Prozessfenster für die lokale Aufkohlung bei Temperaturen über 950 °C identifiziert werden. Darüber hinaus soll die Vorhersagegenauigkeit der numerischen Simulation durch Erweiterung vorhandener Materialmodelle auf Basis der in-situ Charakterisierung verbessert werden. Auf dem ermittelten Prozessfenster aufbauend wird zum einen das Warmumformverhalten bei der lokalen Aufkohlung eingehend analysiert, wobei neben der Berücksichtigung von Temperatur und Dehnrate die Modellierung des Fließverhaltens in Abhängigkeit weiterer Einflussfaktoren wie beispielsweise den Aufkohlungsparametern erfolgt. Zum anderen wird eine Übertragbarkeit der mit Hilfe von Laser-Ultraschall gewonnenen Messdaten zur Abbildung der Phasenumwandlung in der Simulation untersucht. Die numerischen Materialmodelle werden anhand experimenteller Versuchen validiert und anschließend durch Übertragung auf eine Demonstratorgeometrie verifiziert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen