Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Lokale Werkstoffbeeinflussung beim Formhärten zur Verbesserung der Fügbarkeit von Bauteilen aus 22MnB5

Im Karosseriebau werden zunehmend formgehärtete Bauteile eingesetzt und mittels Widerstandpunktschweißens mit den weiteren Komponenten gefügt. Bei Verbindungen mit Außenhautblechen kommt es aufgrund der ungleichen Materialdickenkombination zu einer erschwerten Anbindung des Außenhautteils mit den Strukturbauteilen und erhöht so den Ausschuss. Eine Vermeidung derartiger Fehler erfordert erhebliche technologische Anstrengungen, die durch KMU aus dem Bereich der Zuliefererindustrie häufig nicht geleistet werden können.

Ziel des Vorhabens ist es daher, in den formgehärteten Bauteilen einen lokal ausgedünnten Bereich einzubringen, um die Fügbarkeit zu verbessern. Durch die erhöhte Deformation wird in den diesen Zonen die Ferritbildung begünstigt, womit neben thermischen ebenfalls mechanische Fügeverfahren einsetzbar werden. Die lokale Entfestigung wird durch eine Deformation des Werkstoffs nach dem Austenitisieren eingebracht. So entstehen Fügestellen, die mit üblicher Technologie und großen Prozessfenstern gefügt werden können. KMU die eine derartige Methode nutzen, erschließen sich ein Alleinstellungsmerkmal und können so ihr Geschäftsfeld erweitern.

Um das Forschungsziel zu erreichen wird zunächst in einem Dilatometer das Prozessfenster ermittelt, in dem sich deformationsinduzierter Ferrit bildet. Anschließend werden an typischen Werkstoffkombinationen Mehrblechverbindungen mittels Widerstandpunktschweißens, sowie durch Stanznieten hergestellt. Die Ergebnisse werden auf ein Werkzeug übertragen, um Demonstratorbauteile herzustellen. An diesen werden Verbundeigenschaften anhand von statischen 3-Punkt-Biegeversuchen untersucht. Die Ergebnisse dieses Vorhabens ermöglichen KMU aus dem Bereich des Werkzeugbaus sowie des mechanischen Fügens diese neuartige Methode umzusetzen. Darüber hinaus profitieren Hersteller von Schweißanlagen, welche größtenteils klein und mittelständig geprägt sind, da hierdurch die Schweißbarkeit von formgehärteten Bauteilen verbessert wird.

Ergebniszusammenfassung:

Die Ergebnisse der Dilatometerversuche haben gezeigt, dass der Umformgrad die DIF-Bildung von 22MnB5 positiv beeinflusst. Mit steigendem Umformgrad konnte ein höherer DIF-Anteil ermittelt werden. Jedoch ist hier zu erwähnen, dass die ermittelten Ergebnisse am Umformdilatometer durch eine reine isotherme Umformung entstanden, welche in industriellen Anwendungen mit herkömmlichen Pressen nicht realisierbar sind. Aufbauend auf den Ergebnissen der Dilatometerversuche wurden Ausdünnungsversuche an einer hydraulischen Doppelständerpresse durchgeführt, um mit Hilfe einer Deformationsplatte die gewünschten Ausdünnungen mit der Bildung von DIF in das Material aus 22MnB5 einzubringen. Bei der Durchführung der Versuche wurde festgestellt, dass der limitierende Faktor zur Erzeugung von DIF die lange Kontaktzeit, während der Bauteilabkühlung im Formhärteprozess ist. Aufgrund des Kontakts zwischen Werkzeug und Platine wird während Umformbeginn eine Umformtemperatur erreicht, welche für die Bildung von DIF unzureichend ist, sodass sich ein Gefüge aus Martensit bildet. Zum anderen steigt durch die Bildung des Martensits die Härte der Platinen in einem solchen Maße an, dass sich die zur Ausdünnung eingebrachten Deformationselemente deformieren. Um diesen Herausforderungen entgegenzuwirken wurde ein neuer Versuchsaufbau gewählt. Hierfür wurden Versuche an einer Spindelpresse, welche eine schlagartige Stempelbewegung ausführt durchgeführt. Mit Hilfe der Spindelpresse konnte DIF erzeugt werden, wobei sich die Werkzeuge ebenfalls plastisch deformierten. Nach zahlreichen Werkzeugiterationen wurden im letzten Schritt Hartmetallwerkzeuge aus Wolframcarbid gefertigt, die ein Werkzeugversagen durch Deformation erheblich hinauszögerten. Die Erzeugung des deformationsinduzierten Ferrits (DIF) konnte mit dem vorhandenen Versuchsaufbau wissenschaftlich realisiert werden, jedoch ist dies aufgrund der entstandenen Herausforderungen nicht industriell einsetzbar.