Beschreibung des mechanischen Werkstoffverhaltens beim Warmumformen höchstfester Stähle

• Applicant: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing
• Term: from 2004 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5471163

Ziel der Forschergruppe ist es, den Prozess des Presshärtens höchstfester Vergütungsstähle grundlegend zu analysieren. Als Voraussetzung dafür ist es unter anderem notwendig, den hier verwendeten Werkstoff 22MnB5 hinsichtlich seiner thermischen Kennwerte und mechanischen Eigenschaften zu charakterisieren. Speziell muss der Einfluss erhöhter Temperatur und des Temperatur-Zeit-Profils auf die mechanischen Eigenschaften untersucht werden. Besondere Beachtung ist hierbei dem Aspekt zu widmen, dass es sich bei der Warmblechumformung von Vergütungsstählen um einen Prozess handelt, der definierte Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten verlangt, damit das geforderte martensitische Endgefüge mit der gewünschten Festigkeit erzielt wird. Zusätzliche Randbedingungen, die mit einbezogen werden müssen, stellen die Umformgeschwindigkeit, die Vorverformung und der Wärmeverlust durch den Transport des warmen Bleches in das kalte Werkzeug dar. Der Schwerpunkt der Untersuchungen wird auf die Charakterisierung und Beschreibung des Umformverhaltens des Stahles 22MnB5 bei erhöhten Temperaturen gelegt werden. Durch geeignete systematische Untersuchungen zur Temperatur-Zeit-Abhängigkeit der Verformungsfähigkeit des Werkstoffes soll das Verhalten des Werkstoffes während der Umformung nachgebildet werden. Hierfür muss zu Beginn des Forschungsvorhabens der Ausgangzustand des Werkstoffes hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften charakterisiert werden. Zudem ist das Prozessfenster, das eine vollständige Austenitisierung des Werkstoffes gewährleistet, zu erarbeiten, wobei die Einflüsse der Aufheizrate, der Austenitisierungstemperatur und -zeit sowie der Abkühlgeschwindigkeit zu bestimmen sind. Darüber hinaus müssen thermische Kennwerte, die nicht der einschlägigen Literatur entnommen oder vom Hersteller bezogen werden können, experimentell an in einem Ofen austenitisierten Proben ermittelt werden. Um die Abkühlgeschwindigkeiten durch den Transport und den folgenden Werkzeugkontakt zu bestimmen, werden Proben durch Kontakt mit einem Modellwerkzeug abgekühlt, um den Wärmeübergang von einem erwärmten Blech in das Werkzeug zu messen. Entsprechend dem werkstofftypischen Prozessfenster sind definierte Temperatur-Zeit-Profile mit definierten Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten einzustellen, die die Proben durchlaufen. Für systematisch variierte Versuchsparameter werden Fließkurven aufgenommen, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes in Abhängigkeit von Temperatur-Zeit-Profilen und der Dehnrate charakterisiert werden können. Abschließend soll das Fließverhalten des Stahls 22MnB5 aufbauend auf bereits vorhandenen mathematischen Ansätzen modelliert werden. Die Einflussgrößen Austenitisierungstemperatur, Umformtemperatur, Abkühlgeschwindigkeit und Dehnrate sind hierbei zu berücksichtigen.

• DFG Programme: Research Units
• Subproject of: FOR 552: Principles of Sheet Metal Hot Forming of Quenchenable Steels
• Major Instrumentation: Erweiterung optisches Dehnungsmesssystem ARAMIS 3D 0.6M
• Instrumentation Group: 8740 Dehnungsmeßgeräte und -meßbrücken
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Manfred Geiger