Charakterisierung der Eignung von hoch Mangan Stählen für die Herstellung kleinformatiger Blechbauteile durch mehrstufiges Tiefziehen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423190740

In der Automobilindustrie werden für Baugruppen wie z. B. Ventilantriebe oder Einspritzdüsen relativ kleine, mitunter kompliziert geformte, hülsenförmige Bauteile zum Teil mit paramagnetischen Eigenschaften benötigt. Diese werden aufgrund der sehr hohen Ziehverhältnisse in mehrstufigen kombinierten Tiefzieh- und Abstreckgleitziehprozessen, beispielsweise von der Firma Hubert Stüken GmbH & Co. KG hergestellt. Aufgrund der gewöhnlichen Bauteilfestigkeiten und der geringen Austenitstabilität im Fertigungsprozess, sollen die aktuell verwendeten Chrom-Nickel-Stähle durch austenitische hoch Mangan Stähle (HMnS) mit verbesserter Festigkeit ersetzt werden.Vorversuche des Anwendungspartners mit einem kommerziell erhältlichen HMnS, mit vergleichbarer Zusammensetzung zu den im SFB 761 Teilprojekt B2 auf ihre Umformeigenschaften hin untersuchten Legierungen, haben zwar eine Festigkeitssteigerung gezeigt, jedoch besteht auch hier das Problem, dass sich die Mikrostruktur des Werkstoffes während des mehrstufigen Tiefziehens stark durch Zwillings- und Martensitbildung ändert. Damit einher geht auch die Änderung der mechanischen und magnetischen Bauteileigenschaften, für letztere gilt beispielsweise in der Automobilindustrie ein Grenzwert von 2 - 5 A/cm. Bereits etablierte Methoden zur Auslegung von Tiefziehprozessen können die Änderung der magnetischen Eigenschaften durch Martensitbildung während des mehrstufigen Tiefziehens nicht vorhersagen.Die Arbeitshypothese ist, dass die sehr großen Formänderungen von φ > 5 und/oder die mehrachsigen Spannungszustände beim mehrstufigen Tiefziehen ungünstige Randbedingungen erzeugen, die zu einer Martensitbildung führen. Angestrebt wird daher, die Mikrostrukturänderungen bei diesen komplexen Belastungen systematisch zu untersuchen und empirische Modelle zu entwickeln, um Prozessfolgen hinsichtlich der finalen Mikrostruktur gezielt auszulegen. Dafür ist es erforderlich, das Auftreten der Formänderungsmechanismen auch bei wechselnden mehrachsigen Spannungs- und Formänderungszuständen zu verstehen. Erst die Kooperation mit dem Anwendungspartner ermöglicht eine angemessene Definition der Anforderungen bezüglich der Verarbeitungs- und Bauteilteileigenschaften. Hierauf aufbauend soll eine Charakterisierungsmethode entwickelt werden, welche die Mikrostrukturentwicklung in den HMnS während des mehrstufigen Tiefziehens abbildet. Auf Basis dieses Grundversuchs soll ein empirisches Modell zur Bewertung der Mikrostrukturentwicklung validiert werden. Diese Modellbildung wird anschließend zur Auslegung einer geeigneten Prozessfolge z. B. für Bauteile ohne Martensitbildung genutzt, die schließlich auf den industriellen Anlagen des Anwendungspartners experimentell realisiert wird. Der hier erarbeitete Grundversuch kann hinsichtlich zukünftiger Fragestellungen dazu beitragen, Materialmodelle für hohe Dehnungen zu validieren und somit Verbesserungen bei der simulativen Prozessauslegung erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Hubert Stüken GmbH & Co. KG