In-situ Charakterisierung eines lokal aufgekohlten Komplexphasenstahls zur Herstellung von Halbzeugen mit maßgeschneiderten Eigenschaften

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450281370

Das Presshärten hat sich als Herstellungsverfahren von sicherheitskritischen Bauteilen etabliert. Eine weitere Verbesserung des Insassenschutzes kann durch die lokale Einstellung der mechanischen Eigenschaften erzielt werden. Dies basiert auf der Kombination aus hochfesten Zonen zum Eindringschutz in den Innenraum und aus duktilen Zonen, welche durch das höhere Restumformvermögen, eine Energieabsorption ermöglichen. Eine Einstellungsmethode ist das lokale Aufkohlen des Halbzeuges. Aufgrund der örtlichen Modifikation der chemischen Zusammensetzung bietet dieser Prozess einige Vorteile gegenüber den schweiß- und temperaturbasierten Methoden. So ist die Gestaltung der einzustellenden Zonen aufgrund der kleinen Übergangsbereiche sehr flexibel. Zusätzlich ist das Verfahren unabhängig von aufwendiger Ofen- und Werkzeugtechnik und eignet sich so besonders für die Maßschneiderung der Eigenschaften von Kleinserienbauteilen. Neben der festigkeitssteigernden Funktion des zusätzlich absorbierten Kohlenstoffs, beeinflusst dieser ebenfalls die Phasenumwandlungstemperaturen des Stahls. Diese Eigenschaft ist beim lokalen Aufkohlen noch unerforscht. Basierend auf diesem Effekt, kann durch eine geeignete Einstellung der Austenitisierungstemperatur eine größere Gradierung zwischen aufgekohlten und unaufgekohlten Bereichen erreicht werden. Das übergeordnete Ziel des Projektes ist daher der Aufbau eines grundlagenwissenschaftlichen Prozessverständnisses bei dieser Verfahrensvariante. Hierfür soll zunächst der Einfluss der Aufkohlungsparameter auf die Umwandlungstemperaturen analysiert werden. Beruhend hierauf kann ein Prozesskorridor der Austenitisierungstemperatur in Abhängigekeit der jeweiligen Aufkohlung identifiziert werden. Darauf aufbauend soll der Effekt der Variation der Aufkohlungsparameter sowie der Austenitisierungstemperatur auf die mechanischen Eigenschaften von aufgekohlten und unaufgekohlten Proben untersucht werden. Basierend auf den erarbeiteten Ergebnissen in Kombination mit der in-situ Charakterisierung der mikrostrukturellen Veränderung via Laser-Ultraschall-Verfahren soll ein Prozessfenster identifiziert werden. Darüber hinaus soll beruhend auf der in-situ Charakterisierung und dem Warmfließverhalten die Vorhersagegenauigkeit der numerischen Simulation unter Berücksichtigung der prozessspezifischen Einflussgrößen verbessert werden. Die erweiterten Materialmodelle werden anhand von realen Demonstratorbauteilen validiert und verifiziert. Zusätzlich sollen die Demonstratorbauteile, welche unterschiedliche aufgekohlte Zonen aufweisen sowie mit diversen Prozessparametern hergestellt wurden, anhand von Drei-Punkt-Biegeversuchen sowie Crashtests hinsichtlich der Energieabsorptionsfähigkeit untersucht werden. Abschließend sollen eine Prozessbewertung sowie –richtlinien in Hinblick auf die erzielbare Gradierung mittels des untersuchten Verfahrens abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen