Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Laserkantenveredlung von Blechwerkstoffen zur Verbesserung der Kanteneigenschaften

Die Entwicklung der unter dem Namen „Advanced High Strength Steels“ (AHSS) bekannten Werkstoffkonzepte erfolgte unter dem hohen Substitutionsdruck durch moderne Aluminiumlegierungen und hatte zum Ziel, Stähle mit hoher Festigkeit, guter Umformbarkeit und hohem Energieabsorptionsvermögen unter Crashbelastung für Anwendungen vornehmlich im Automobilbau bereitzustellen. Diese Entwicklungsziele konnten vielfach dadurch erreicht werden, dass mehrphasige Werkstoffkonzepte etabliert wurden. In der Vergangenheit zeigten sich allerdings zunehmend Probleme im Umgang mit AHSS, die sowohl die umformtechnische Bauteilfertigung als auch die Leistungsfähigkeit der aus AHSS gefertigten Bauteile unter zyklischer Beanspruchung betreffen. In beiden Fällen erfolgt die Rissbildung an Schnittkanten, was die besondere Bedeutung der Kantenqualität für die Bauteilintegrität unterstreicht. Eine Abhilfe der beschriebenen Problematik erfolgt häufig durch Kantennachbearbeitungsverfahren, die allerdings je nach Anwendungsfall an ihre werkstofftechnischen und wirtschaftlichen Grenzen stoßen.

Ziel dieses Projektes ist daher die Entwicklung eines innovativen und wirtschaftlichen Kantenbearbeitungsverfahren für Mehrphasenstähle, welches auf dem Umschmelzen der Blechkante mittels Laserstrahlung beruht und für die Bearbeitung von komplexen und hochbeanspruchten Bauteilen geeignet ist. Dazu werden während der Projektlaufzeit einerseits die Prozessgrenzen bestimmt, andererseits werden die sich einstellenden mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von den verwendeten Prozessparametern quantitativ durch schädigungsmechanische Simulationsrechnungen und Funktionstests beschrieben. KMU können anschließend durch die Etablierung eines solchen Verfahrens ihr Portfolio erweitern oder bestehende, kostenintensive Nachbearbeitungsverfahren substituieren. Der damit einhergehende Know-How Vorsprung führt zu Wettbewerbsvorteilen gegenüber internationalen Unternehmen und stärkt die Marktposition europäischer KMU.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Vorhabens ist ein lasergestütztes Kantennachbearbeitungsverfahren zu entwickeln, wodurch die Verarbeit- und Beanspruchbarkeit von Mehrphasenstählen deutlich verbessert werden kann. Als Werkstoffe wurden der Dualphasenstahl DP1000 mit einer Blechstärke von 1,5 mm und ein bainitischer Stahl mit der Blechstärke 3,8 mm ausgewählt. Zunächst wurden grundlegende Untersuchungen zur Verfahrensentwicklung der lasergestützten Kantenveredlung durchgeführt, was die Bestimmung von Prozessfenstern sowie eine Robustheits- und Reproduzierbarkeitsanalyse für beide Projektwerkstoffe beinhaltete. In Schwingversuchen, Lochaufweitungs- und Diabolotests konnte anschließend gezeigt werden, dass durch das Laserverschmelzen von Defekten und die Gefügeänderung sowie die Entgratung eine signifikante Steigerung des Umformgrades und der Dauerfestigkeit im Bereich der Kanten an Dualphasenstählen erzielt werden kann. Begleitend zu den experimentellen Versuchen wird eine skalenübergreifende FE-Simulation der Prüfverfahren eingesetzt, um die lokalen Einflüsse der entstehenden Oberflächenrauheit durch Laserkantenveredlung zu evaluieren. Abschließend wurde das Potential der Laserkantenveredlung an 2 Demonstratoren gezeigt, die von Mitgliedern aus dem projektbegleitenden Ausschuss zur Verfügung gestellt wurden.