Simulation des Presshärtens von Blechen aus Mangan-Bor-Stählen unter Berücksichtigung der Gefügeausbildung
Final Report Abstract
Die Verwendung von Blechen aus Mangan-Bor Stählen beim Presshärte birgt ein großes Potential, weil bei diesen Stählen durch die Wärmebehandlung im Prozess extrem hohe Festigkeiten erzielt werden können. Dieses Potential wurde in den letzten Jahren durch die Entwicklung der Tailor-Tempered-Blanks-Technologie zur Herstellung maßgeschneiderter crashsicherer Bauteile stark erhöht. Das Gesamtziel dieses Forschungsvorhabens bestand in der Modellbildung des Presshärteprozesses mit Hilfe der Finite-Elemente Simulation einschließlich der Vorhersage der Gefügestruktur und der Festigkeitseigenschaften in Abhängigkeit von den gewählten Prozessparametern (wie Werkzeugtemperatur und Prozessdauer) unter gleichzeitiger Berücksichtigung der thermisch-, mechanisch- und gefügeumwandlungsinduzierten Eigenspannungen. Das Ziel des 2. Projektzeitraumes war die detaillierte Charakterisierung des Fließverhaltens der Sekundär- und Mischgefüge mithilfe eines Dilatometers und deren Berücksichtigung in der numerischen Simulation. Zunächst wurde die Prüfmaschine, ein Abschreck- und Umformdilatometer, um eine Zugvorrichtung, einen Flachinduktor und ein optisches Kamerasystem der Firma gom erweitert. In Kombination mit einer neu ausgelegten Probenform, konnte das Fließverhalten im Austenitgebiet als auch in den hochfesten Gefügestrukturen wie Bainit und Martensit erstmals detailliert aufgenommen werden. Das Fließverhalten wurde sowohl temperaturabhängig als auch dehnratenabhängig untersucht. Die daraus gewonnenen Daten wurden in das bestehende Materialmodell aus dem ersten Zeitraum eingebunden. Die Mischgefüge wurden mittels einer Mischungsregel im Modell berücksichtigt. Parallel wurde das Materialmodell um die plastische Anisotropie erweitert. Mit Hilfe der numerischen Simulation und des erstellten Materialmodells wurde im Anschluss ein Demonstratorbauteil ausgelegt. Hierbei wurde sich an einem crashrelevanten Seitenaufprallträger orientiert. Nach der Konstruktion, der Fertigung und der Einarbeitung wurden Bauteile mit unterschiedlichen Gefügestrukturen bei verschiedenen Umformtemperaturen hergestellt. Die notwendigen Prozessverläufe wurde zuvor mittels eines Matlab-Tools berechnet. Folgend wurden die Prozesse numerisch nachgebildet und die Ergebnisse überprüft. Dabei konnte eine deutliche Verbesserung der Ergebnisqualität festgestellt werden, sobald das Modell, welches die Anisotropie und die Sekundärgefüge berücksichtigt, verwendet wurde. Es wurden lediglich geringe Abweichungen zu den experimentellen Ergebnissen festgestellt, die darauf zurückzuführen sind, das im Prozess z.B. Restaustenitanteile auftreten, die in der Simulation noch nicht berücksichtigt werden. Insgesamt konnte in diesem Projekt ein sehr gutes und sorgfältig charakterisiertes Materialmodell entwickelt werden, welches eine realitätsnahe Vorauslegung von formgehärteten Bauteilen und deren Herstellungsprozess erlaubt.
Publications
- (2012): Assessment of a Modified Tensile Specimen Geometry for the Characterization of 22MnB5 with a Quenching and Deformation Dilatometer, IDDRG - International Deep Drawing Research Group, 25.- 29.11.2012, Mumbai, India, S. 214-220
Behrens, B.-A.; Bouguecha, A.; Kammler, M.; Schrödter, J.; Hadifi, T.; Götze, T.
- (2012): Neue Entwicklungen beim Formhärten, 7. Erlanger Workshop Warmblechumformung, Erlangen, Seite 113-132
Behrens, B.-A.; Bouguecha, A.; Götze, T.; Schrödter, J.
- (2013): Numerical and Experimental Analysis of the Phase Transformation during a Hot Stamping Process in Consideration of Strain-dependent CCT-Diagrams, 4th International Conference on Hot Sheet Metal Forming of High-Performance Steel, CHS² 2013, 9–12.06.2013 Luleå, Sweden, S. 329-336
Behrens, B.-A; Bouguecha, A.; Götze, T.; Moritz, J.; Sunderkötter, C.; Helmholz, R.; Schrödter, J.
- (2014): Hot stamping of load adjusted structural parts, 11th International Conference on Technology of Plasticity, ICTP 2014, 19. -24.10.2014, Nagoya, Japan
Behrens, B.-A; Bouguecha, A.; Gaebel, C. M.; Moritz, J.; Schrödter, J.
(See online at https://doi.org/10.15488/923) - (2014): Numerical Simulation of Phase Transformation during the Hot Stamping Process, 5th International Conference on Thermal Process Modeling and Computer Simulation, Orlando, USA, S. 179-190
Behrens, B.-A.; Schrödter, J.
