Entwicklung neuer Legierungskonzepte und Prozessstrategien für die Herstellung sicherheitsrelevanter Karosseriebauteile mit erhöhter Restumformbarkeit im pressgehärteten Zustand

  Spannung-Dehnung-Kurven Urheberrecht: © IEHK Abbildung 1: Spannung-Dehnung-Kurven der unterschiedlichen neuen Legierungen im Vergleich zum 22MnB5

Das wesentliche Ziel bei der Entwicklung von Strukturbauteilen für Fahrzeugkarosserien ist die signifikante Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Sicherheit der Insassen im Crash-Fall. Ein vielbeachteter Entwicklungstrend ist dabei das Presshärten, ein Verfahren zur Warmumformung von Blechen. Es bietet die Möglichkeit, Bauteile aus Stahl mit hoher Festigkeit und komplexer Geometrie nahezu rückfederungsfrei zu produzieren. Der üblicherweise verwendete Werkstoff 22MnB5 erfährt durch die mit dem Presshärten verbundene Martensitbildung eine Festigkeitssteigerung auf über 1500 MPa, während sich die Duktilität drastisch verringert. Das vollständig martensitische Gefüge der pressgehärteten borlegierten Stähle weist einen hohen mechanischen Widerstand gegen plastische Verformung auf. Ist die Elastizitätsgrenze aber überschritten, ist der Bereich der homogenen Verformung bis zur Gleichmaßdehnung sehr klein, was einen entscheidenden Nachteil des Sicherheitssystems darstellt. Nach der Entstehung eines Risses in der martensitischen Matrix fehlt es an Mechanismen zur Verhinderung des Rissfortschrittes.

Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung von neuen Legierungskonzepten und Prozessstrategien zur Herstellung von pressgehärteten Karosseriebauteilen mit erhöhter Restumformbarkeit. Das erste Konzept weicht dabei nur geringfügig vom 22MnB5 ab und soll durch Mikrolegieren zu einer Kornfeinung führen. Bei den anderen beiden Konzepten soll die Restumformbarkeit durch Einbringung einer duktilen Zweitphase, wie etwa Restaustenit und Ferrit, erreicht werden. Anders als beim Konzept der Kornfeinung sind hierfür aber auch Anpassungen der Temperatur-Zeit-Verläufe während des Presshärtens nötig.

Im Laufe des Projektes werden die unterschiedlichen Legierungen hinsichtlich der wichtigsten thermischen und mechanischen Kennwerte charakterisiert, um eine optimale Prozessführung zu erzielen. Mittels Zug-, Scherzug- und Biegeversuchen soll die Restumformbarkeit ermittelt und validiert werden. Anschließend wird die Fügbarkeit durch Laser- und Widerstandspunktschweißen sowie die Beschichtbarkeit mit AlSi und Zn untersucht.

Nach Projektabschluss soll das bisherige Spektrum der presshärtbaren Stähle durch die neuen Legierungskonzepte und Prozessstrategien erweitert werden, um Produkteigenschaften weiter zu verbessern.

Erste Ergebnisse zeigten, dass insbesondere die Mittelmangan-Konzepte mit einem Restaustenitgehalt von ca. 10 – 15 Vol.-% ein hohes Potenzial aufweisen. Durch weitere Anpassungen bei der Wärmebehandlung soll nun der optimale Restaustenit-Gehalt gefunden und ein Modell zur Vorhersage des Volumenanteils erstellt werden.