Kurzzeit-TMB - Thermomechanische Kurzzeitbehandlung von hochlegierten martensiti-schen nichtrostenden Stählen (MNS) für eine verbesserte Energieeffizienz in der Stahl-blechverarbeitung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Thomas Grund; Dr.-Ing. Andreas Kunke
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529708992

Im Projekt wird eine thermomechanische Behandlung (TMB) für Bleche aus martensitischen nichtrostenden Stählen (MNS) erforscht, die durch sehr kurze Austenitisierungszeiten geprägt ist. So wird ein neuer Ansatz für die MNS-Blechformhärtung mit reduziertem Energie- und Ressourcenverbrauch geschaffen. Ziel des Projektes ist die Bereitstellung einer TMB von kurzer Gesamtdauer (Kurzzeit-TMB) für MNS, um bei geringstmöglichen Prozesszeiten hohe Umformgrade bei der Blechverarbeitung zu ermöglichen und vorgegebene Werkstoffkennwerte der behandelten Stähle zu erfüllen. Mit Erreichen dieses Ziels ergeben sich bei einer anschließenden technologischen Umsetzung verringerte Energieaufwendungen und bessere Werkstoffausbeuten (durch verringerte Oberflächenoxidation). Der Weg dahin erfordert Grundlagenforschung. Durch den thermodynamischen Ungleichgewichtszustand infolge der schnellen Temperaturänderung beim Erwärmen und Abschrecken verschieben sich der Lösungszustand der Begleit- und Legierungselemente und folglich die Phasenumwandlungstemperaturen der behandelten Stähle. Die etablierten Modelle zur TMB von MNS sind daher nicht direkt auf Kurzzeit-TMB übertragbar. Deshalb wird der im Projekt verwendete Blechwerkstoff X46Cr13 mittels induktiver Schnellerwärmung mit Raten von mindestens 100 K/s bis in sein Austenitgebiet erwärmt, dort ohne Haltezeit simultan umgeformt und anschließend abgeschreckt. Es werden Umformschritte sowohl im stabilen als auch metastabilen Austenitgebiet untersucht. Alle Kurzzeit-TMB werden mithilfe eines Umformsimulators und eines Umformdilatometers realisiert, um Erkenntnisse zum Phasenumwandlungsverhalten sowie zum Umformverhalten zu erlangen. Anhand des Ausscheidungszustands und des Restaustenitgehalts werden durch Untersuchungen mittels REM, EDX und XRD sowie durch thermophysikalische Berechnungen der Einfluss der Aufheizrate und der Austenitisierungstemperatur auf den Lösungszustand der Begleit- und Legierungselemente beschrieben. Begleitende mechanische und chemische Charakterisierungen führen zur Identifizierung eines Prozessfensters für die umformtechnische Anwendung, durch das sowohl das Umformvermögen des MNS-Bleches deutlich erhöht, als auch dessen Anwendungseigenschaften bei Raumtemperatur eingestellt werden können. In einer abschließenden Beispielumsetzung werden ein Demonstratorwerkzeug und -prozess zur Herstellung thermomechanisch behandelter Tiefziehteile in Kombination mit einer Schnellerwärmung entworfen und erprobt, und somit der Mehrwert des Projektes über den bestehenden Stand der Wissenschaft und Technik hinaus geschaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen