Aufgabenstellung
Vor dem Hintergrund der Realisierung von Leichtbaukonzepten kommt dem Einsatz hochfester Stähle eine steigende Bedeutung zu. Aufgrund der hiermit realisierbaren geringeren Blechstärke kann eine Senkung der Bauteilgewichte ohne Einbuße der Festigkeit erreicht werden. Die Stähle werden vielfach durch Warmumformen (Presshärten) in die Zielgeometrie gebracht.
Einsatz von Bauteilen aus hochfestem Stahl im Anwendungsfall Automotive
Ein interessantes Potenzial mit hoher Anwendungsrelevanz bei hochfesten Stählen ist die Möglichkeit, kontrolliert maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften innerhalb eines Bauteils (Zonen lokaler Festigkeit bzw. Duktilität) zu erzeugen. Ein typisches Bauteil, bei dem solche gradierten Eigenschaften gewünscht sind, ist die B-Säule bei Pkw-Karosserien, die im Mittelbereich eine hohe Festigkeit besitzen, an den Übergängen zu Fahrwerk und Dach jedoch ein hohes Crash-Absorptionsvermögen aufweisen muss.
Gezielte Anforderungen an die Bauteileigenschaften am Beispiel B-Säule
Ziele
Im Fokus des Forschungs- und Entwicklungsprojekts FlexWB steht die Entwicklung und Realisierung neuer Prozessketten für das ofenfreie Warmumformen von Blechwerkstoffen aus hochfesten Stählen mit dem Ziel, in Teilzonen des Bauteils gezielt spezifische Werkstoffeigenschaften zu erzeugen.
Zentraler Ansatz hierfür ist die Integration des Verfahrens der sogenannten Kontaktwärmebehandlung in die Warmumformprozesskette. Dieses Verfahren basiert auf einer Wärmeübertragung durch direkten Kontakt zwischen zwei Kontaktplatten als Wärmequelle und der Platine. Damit können flexible, gut kontrollierbare, mehrstufige Temperaturführungen realisiert werden, über die eine gezielte Einstellung der Werkstoffeigenschaften erreicht werden kann.
Dies ermöglicht zum Einen eine ofenfreie Werkstoffvorbehandlung mit deutlichen Energieeinsparungspotenzialen sowie signifikanten prozess- und werkstofftechnischen Vorteilen. Zum Anderen schafft dieses Verfahren die Voraussetzung, Bauteile mit gradierten Werkstoffeigenschaften zu erzeugen, da gezielt Teilzonen einer Platine erwärmt werden können.
Prinzip der Kontaktwärmebehandlung
Werkstoffvorbereitung zum Warmumformen durch Kontaktwärmebehandlung
Anwendungspotenzial
Die Ergebnisse des Projekts sind Konzepte zu energie- und ressourceneffizienten Prozessketten für das ofenfreie Warmumformen hochfester Stähle. Zu erwarten sind dabei signifikante prozess- und fertigungstechnische Vorteile (z. B. höhere Flexibilität der Abläufe, Schonung des Werkzeugs) und die Möglichkeit, gradierte Werkstoffeigenschaften innerhalb eines Bauteils zu erzeugen.
Damit eröffnet sich aufgrund des deutlich niedrigeren Investitionsbedarfs und der flexiblen Abläufe bereits bei vergleichsweise kleinen Stückzahlen auch für KMUs die Möglichkeit, in die Produktion warmumgeformter Teile einzusteigen. Für Unternehmen, die den Prozess des Warmumformens bereits konventionell durchführen, ergeben sich Ansatzpunkte für fundamentale Verbesserungen.
Die Herstellung gradierter Werkstoffe bzw. Halbzeuge verbessert die Wettbewerbsfähigkeit und das Innovationspotenzial aller Branchen aus dem Anwendungsbereich Leichtbau.
