Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einsatz lufthärtender Chromstähle zur Herstellung höchstfester dünnwandiger Blechformteile

Formgehärtete Bauteile aus 22MnB5 sind im Automobilbereich etabliert. Trotz des hohen Festigkeitsniveaus erweist sich die begrenzte Dehnbarkeit im Crashfall jedoch als kritisch. Eine Werkstoffalternative mit enormem Potenzial hinsichtlich Leichtbau und Crashperformance stellen kohlenstoffmartensitische Chromstähle dar. Deren Festigkeit und Dehnbarkeit können durch eine gezielte Wärmebehandlung in weiten Bereichen eingestellt werden und das Niveau von 22MnB5 übertreffen. Aufgrund der sehr geringen kritische Abkühlrate und der vergleichsweise niedrigen Martensitstarttemperatur, ergibt sich gegenüber 22MnB5 ein sehr viel größeres Prozessfenster. Bspw. können die Haltezeiten im Umformwerkzeug stark reduziert werden. Zudem sind die Verarbeitungsprozesse auch hinsichtlich der Blechdicken flexibler, sodass das Teilespektrum gegenüber 22MnB5 erweitert werden kann. Da die Reduzierung der Blechdicken von crashrelevanten Bauteilen bei gleichbleibender Belastbarkeit einen Schlüssel zum Leichtbau darstellt, fokussiert sich dieses Forschungsvorhaben auf Chromstähle mit Blechdicken kleiner 1,5 mm. Die Arbeitsinhalte umfassen neben der Ermittlung optimaler Prozessparameter für die Warmumformung und das Anlassen auch den Nachweis der Korrosionsbeständigkeit, die Eignung für den Hartbeschnitt als effiziente Alternative zum Laserstrahlschneiden sowie Untersuchungen zum Crashverhalten. Die angestrebten Forschungsleistungen tragen somit zur Akzeptanz dieser neuen Werkstoffklasse sowohl bei Automobil-OEMs als auch bei KMU bei, die als Zulieferer agieren und diese Forschungsleistung selbst nicht erbringen können. Speziell für KMU ist das Forschungsziel des Hartbeschnitts von dünnwandigen Blechformteilen hervorzuheben. Für hochbeanspruchte Klein- und Karosseriestrukturteile haben KMU im Automobilsektor einen bedeutenden Fertigungsanteil. Somit würde diese Technologie auch für jene Unternehmen in Betracht kommen, für die die Investition in 3D-Laserschneidanlagen nicht wirtschaftlich ist.

Ergebniszusammenfassung:

Die Ergebnisse des Forschungsprojektes helfen bei der Verarbeitung von martensitischen Chromstählen für ultrahochfeste Bauteile im Karosseriebau. Dabei können insbesondere die zur Auslegung des Umformprozesses ermittelten Wärmebehandlungsparameter genutzt werden, um Bauteile mit einem möglichst hohen Energieabsorptionspotential herzustellen. Dabei erzielte im Rahmen von Drei-Punkt-Biegeversuchen die Legierung 1.4021 im Vergleich zum etablierten Vergütungsstahl 22MnB5 ein um ca. 33 % höheres Energieabsorptionsvermögen.

Die Ergebnisse unterstützen weiterhin insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen bei der Planung der einzelnen Prozessschritte.

Durch den Einsatz von Chromstahl werden die Unternehmen in die Lage versetzt, Bauteile mit einem erhöhten Leichtbaupotenzial herzustellen. Die materialspezifischen Eigenschaften der untersuchten Legierungen vereinfachen darüber hinaus Verarbeitung von, in industriellen Formhärteprozessen, bisher nicht oder nur begrenzt eingesetzten Blechdicken. Aufgrund der geringen Martensitstarttemperatur und kritischen Abkühlgeschwindigkeit ist der Einsatz von besonders dünnwandigen Blechhalbzeugen im PKW-Bereich dabei ebenso vorstellbar, wie die Anwendung von Chromstählen bei der Herstellung von dickwandigen Chassis-Bauteilen für Nutzfahrzeuge bzw. Landmaschinen. Dadurch können diese Firmen ihren Marktanteil weiter steigern.