Presshärten von Bauteilen mit lokal angepassten mechanischen Eigenschaften

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 87303969

Der zunehmende Einsatz von modernen Leichbauwerkstoffen wie beispielsweise von höchstfesten Stahlwerkstoffen stellt den Karosseriebau vor neue Herausforderungen, da mit der erhöhten Festigkeit der zu verarbeitenden Halbzeuge eine reduzierte Umformbarkeit verbunden ist, wodurch die Komplexität der zu fertigenden Bauteile eingeschränkt wird sowie die Belastung der Werkzeuge und Anlagen erheblich ansteigt. Durch eine Erhöhung der Umformtemperatur kann der Formgebungsprozess dahingehend vereinfacht werden, dass die Fließspannung eines Werkstoffs mit steigender Temperatur reduziert und die Umformbarkeit dementsprechend erhöht wird. Ein Verfahren der Blechumformung, das industriell bereits etabliert ist, ist das so genannte Presshärten, bei dem der Vergütungsstahl 22MnB5 nach einer Austenitisierung in einem Prozessschritt zugleich umgeformt und vergütet wird. Im Gegensatz zu anderen Vergütungsstählen zeichnet sich dieser Stahl durch eine vergleichsweise geringe Mindestabkühlgeschwindigkeit aus, die bei Abkühlgeschwindigkeiten von circa 30 K/s zur Ausbildung einer martensitischen Gefügestruktur führt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass durch einen vollflächigen Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug während der Umformung eine ganzheitliche Härtung erfolgt, wodurch vor allem Folgeoperationen, wie zum Beispiel der Beschnitt oder das Fügen erschwert werden. Um dieser Problemstellung zu begegnen, soll im Rahmen des Transferprojektes das Presshärten von Bauteilen mit lokal angepassten mechanischen Eigenschaften ermöglicht werden, wobei durch die Adaption der Kontaktbedingungen während des Formgebungsprozesses oder durch ein lokales Beheizen der Werkzeuge die Abkühlgeschwindigkeiten örtlich derart eingestellt werden, dass nur eine partielle Vergütung der Bauteile erfolgt. In Bereichen, die auch für den Fall eines Crashs keine vollständige Härtung erforderlich machen, sondern für die Energieabsorption genutzt werden sollen, sind durch geringere Abkühlgeschwindigkeiten gezielt nicht-martensitische Gefügestrukturen einzustellen, so dass Folgeoperationen erleichtert und das Energieaufnahmevermögen der Bauteile verbessert werden. Zur Erreichung dieser Zielsetzung ist es notwendig, den Einfluss einer Verformung auf das Umwandlungsverhalten im Austenitgebiet zu analysieren, um mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente Analyse den Formgebungsprozess gezielt unter Berücksichtigung des Abkühlverhaltens, der Kontaktbedingungen und des Wärmeübergangs, aber auch der lokalen Werkzeugtemperaturen auslegen zu können. Ausgehend von Untersuchungen an einfachen Modellgeometrien wird nachfolgend zusammen mit den Industriepartnern ein Demonstratorbauteil ausgewählt, für dessen Fertigung ein Versuchswerkzeug aufgebaut und das Potenzial des lokalen Presshärtens aufgezeigt wird. Durch Untersuchungen zum Trenn-, Füge- und Crashverhalten der Bauteile wird das Versuchsprogramm abgerundet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Beteiligte Institution: AUDI AG; Innovation und IT (I/PW-I); Sparte Werkzeugbau; ArcelorMittal ; Automotive Worldwide