Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Warmbeschnitt von kohlenstoffmartensitischen Chromstählen in mehrstufigen Prozessen

Der Einsatz von höchstfesten formgehärteten Stählen ist in den letzten Jahren im Bereich von Strukturbauteilen der Karosserie aufgrund von erforderlichen Gewichtseinsparungen bei gleichbleibenden Sicherheitsanforderungen stetig angestiegen. Die Verwendung von kohlenstoffmartensitischen Chromstählen bietet einen vielversprechenden Ansatz die Leichtbaugüte von Strukturbauteilen weiter zu optimieren. Infolge der sehr geringen kritischen Abkühlraten der Chromstahllegierungen resultiert beim Warmumformprozess stets ein martensitisches Gefüge. Prinzipiell ergeben sich daraus zwei Optimierungspotentiale bei der Verarbeitung von Chromstählen. Zum einen kann der Warmumformprozess verkürzt und somit eine Kostensenkung erzielt werden. Zum anderen ist eine Realisierung eines mehrstufigen Prozesses möglich, wobei die Folgeoperation z.B. ein Warmbeschnitt des Bauteils noch im austenitischen Zustand erfolgen kann. Derzeit liegen bezüglich des Warmbeschnitts von Blechteilen aus Chromstählen und den dazugehörigen Prozessparametern nur begrenzte Erfahrungen vor. Die wesentliche Motivation des geplanten Forschungsprojekts besteht folglich darin, optimale Parameterkombinationen für den Warmschneidprozess zu ermitteln, welche einen Beschnitt der Bauteile mit guter Qualität bieten. Zudem sollen mittels Abbildung einer 2-stufigen Prozesskette aus Warmbeschnitt und -umformung neuartige Bearbeitungsmöglichkeiten im Bereich des Beschnitts von Bauteilen mit komplexen Geometrien aus Chromstählen erörtert werden. Die ermittelten Forschungsergebnisse tragen in der Industrie, insbesondere auch bei den KMU, die selbst keine hohe Forschungsleistung erbringen können, zur Akzeptanz einer neuen Fertigungstechnologie bei. Die Möglichkeit zum Warmbeschnitt von Bauteilen aus Chromstählen würde einen entscheidenden Vorteil für KMU darstellen, die bislang über keine Laserschneidanlagen verfügen und somit auch dieses Bauteilspektrum mit vertretbaren Aufwendungen abdecken könnten.

Ergebniszusammenfassung:

Als wissenschaftliches Ergebnis wurde ein Kenntnisgewinn bezüglich des Einflusses der Prozessparameter beim Warmbeschnitt von kohlenstoffmartensitischen Chromstählen erzielt. Die gewonnenen Kenntnisse sind geeignet, um einen Abschätzung der Schnittflächenqualität der Schnittteile anhand der gewählten Prozessparameter treffen zu können. Weiter wurde gezeigt, dass mittels Warmbeschnitt sehr hohen Toleranzanforderungen an die Maßhaltigkeit erfüllt werden. In Hinblick auf die Einsparung des Laserbeschnitts von höchstfesten Werkstoffen wurde die Übertragbarkeit auf reale Prozesse erforscht. Es konnte festgestellt werden, dass eine mittels vorgelagertem Tiefziehprozess eingebrachte Materialvordehnung direkte Auswirkung auf die Schnittflächenqualität hat. Die Vordehnung hat allerdings weder auf das Aufweitungsverhältnis noch auf den maximalen Umformgrad einen signifikanten Einfluss. Zudem wurden die Prozessgrenzen des Warmaufweitvermögens von Chromstählen ermittelt.

Die erzielten Ergebnisse leisten einen Beitrag zum ökonomisch erfolgreichem Einsatz von Warmbeschnitt zur Herstellung von Strukturbauteilen mit komplexen Geometrien aus höchstfesten kolenstoffmartensitischen Chromstählen. Für blechverarbeitende Automobilzulieferer, die häufig KMU sind, sind bei Nutzung der Forschungsergebnisse, ohne großen Investitionsaufwand, eine Steigerung der Ausbringrate und Produktivität in der Fertigung zu erwarten. Die Ergebnisse können produzierenden Unternehmen, die aufgrund der hohen Investitionen für den Laserbeschnitt bislang keine höchstfesten Werkstoffen verarbeiten, dabei helfen, neue Produktionsaufgaben zu erschließen. Dies wirkt sich positiv auf die Wettbewerbsfähigkeit aus.