Das Presshärten ultra-hochfester Stahllegierung ist ein etabliertes Verfahren zur Fertigung sicherheitsrelevanter Karosseriekomponenten. Weiteres Leichtbaupotential bieten Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Im Fokus bisheriger Untersuchungen standen vor allem Prozessvarianten, um die Duktilität örtlich zu verbessern. Dem gegenüber gibt es bisher keine etablierte Verfahrensvariante, um bei gleichbleibendem Bauteilgewicht einen gegenteiligen Effekt, also eine lokale Festigkeitssteigerung, zu erzielen. Vielversprechend ist in diesem Zusammenhang der Prozess der Aufkohlung. Aufgrund des fehlenden Prozesswissens war die übergeordnete Zielsetzung der vorliegenden Dissertation die Erarbeitung eines grundlegenden Prozessverständnisses zur Gradierung der mechanischen Eigenschaften durch eine örtlich begrenzte Aufkohlung.
Zu diesem Zweck wurden zunächst prozessseitige und halbzeugseitige Einflussfaktoren bei der Aufkohlung analysiert. Durch eine ganzheitliche Charakterisierung wurde unter anderem ein grundlegendes Prozesswissen erarbeitet. Darauf aufbauend wurde die Ausdehnung der entstehenden Übergangszone gradierter Bauteile und der Einfluss einer Gradierung auf die mechanischen Eigenschaften untersucht. Die abgeleiteten Erkenntnisse wurden anhand eines Musterbauteils verifiziert. Neben einer Übertragung der Prozessführung auf eine andere Legierung erfolgte zudem eine Bewertung des Potentials aufgekohlter Halbzeuge für den Presshärteprozess.
Aktualisiert: 2022-09-27
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Die Herstellung von Hybridkomponenten wurde bislang nur in sequentiellen Prozessen der Blech- und Kunststoffverarbeitung durchgeführt. Dabei entstanden komplexe Prozessverkettungen mit zusätzlichen Logistik- und Handhabungsschritten. Durch eine Untersuchung einer Prozesskettenintegration aus den Prozessketten des Presshärtens, der Blech- und des Thermoformens der FKV-Komponente konnte gezeigt werden, dass auf eine erneute Erwärmung des Blechs in einer sequentiellen Prozesskette zur Hybridbauteilherstellung verzichtet werden kann. Die gewonnenen Erkenntnisse können genutzt werden, um eine wirtschaftliche Herstellung von Hybridbauteilen zu ermöglichen.
Aktualisiert: 2022-09-08
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Moderne Warmformstähle benötigen Lösungen zur Integration tragfähiger Gewinde in dünnwandig ausgeführte Blechbauteile. Schweißmuttern stellen den Stand der Technik dar, sind jedoch aufgrund der prozessbedingten Wärmeeinbringung in die Fügezone als kritisch zu bewerten. Einen effizienten Ansatz zur Verkürzung der Prozesskette bei der Bauteilherstellung bildet das umformtechnische Fügen von Stanzmuttern während des Formhärtens. Die hohen Fügekräfte, welche bereits zur Ausbildung geringer Hinterschnitte notwendig sind, stellen jedoch eine große Herausforderung dar, welcher ebenfalls unter dem Aspekt einer Serientauglichkeit begegnet werden muss. Zur Analyse des Herstellungsprozesses wird ein Versuchswerkzeug entwickelt, mit welchem das Fügen von Stanzmuttern bei unterschiedlichen Blechtemperaturen im Labormaßstab umgesetzt wird. Unter Berücksichtigung des Fügeprozesses bei Raumtemperatur wird das Prozessverständnis für das Fügen bei hohen Blechtemperaturen aufgebaut. Mithilfe metallografischer Untersuchungen werden werkstoffphänomenologische Effekte durchdrungen, welche durch die Phasentransformationen während der Abkühlung im Blechwerkstoff erfolgen. Die hergestellten Verbindungen werden hinsichtlich der sich ausbildenden Verbindungsmerkmale bewertet und ein Prozessfenster abgeleitet. Eine Bewertung des mechanischen Eigenschaftsprofils der während des Formhärtens hergestellten Stanzmutterverbindungen erfolgt anhand von Tragfähigkeitsuntersuchungen. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse kann ein hohes Einsatzpotenzial der neuartigen Prozesskombination bestätigt werden, wodurch eine Steigerung der Effizienz in der Herstellung formgehärteter Bauteile realisierbar ist.
Aktualisiert: 2022-09-01
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Mit steigenden Fahrzeugzahlen in Deutschland nehmen die Anforderungen an moderne Pkws hinsichtlich Sicherheit und Effizienz stetig zu. Der Einsatz pressgehärteter Bauteile erlaubt es, Gewichtseinsparungen bei der Rohkarosserie zu erzielen und gleichzeitig den Schutz der Fahrzeuginsassen zu verbessern. Hohe Umformtemperaturen verhindern den Einsatz von Schmierstoffen, sodass hohe Reibung und starker Werkzeugverschleiß das Prozessfenster limitieren. Um das volle Potential des Presshärteverfahrens auszunutzen, bedarf es daher der Entwicklung von Maßnahmen zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß. Hierfür wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Methodik zur Charakterisierung der Reib- und Verschleißbedingungen beim Presshärten erarbeitet, die eine gezielte und reproduzierbare Analyse der tribologischen Bedingungen ermöglicht. Mithilfe dieser Methodik wurde ein umfassendes Prozessverständnis in Bezug auf die vorherrschenden tribologischen Bedingungen geschaffen. Aufbauend auf diesem Prozessverständnis wurden werkzeugseitige Maßnahmen zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß identifiziert. Hierbei zeigte sich, dass die Wahl und die Wärmebehandlung des Werkzeugwerkstoffs und der Einsatz von PVD-Werkzeugbeschichtungen Reibung und Verschleiß verringern können. Abschließend wurde die Übertragbarkeit der Erkenntnisse aus den Laborversuchen auf eine B-Säulen-Geometrie im Labormaßstab gezeigt, sodass die grundsätzlichen Erkenntnisse für den Presshärteprozess genutzt werden können.
Aktualisiert: 2020-09-10
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In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss einer Kurzzeitaustenitisierung mit anschließendem Presshärten und kathodischer Tauchlackierung auf die mikrostrukturellen Umwandlungen und die mechanischen Eigenschaften eines Mangan-Bor-Stahls untersucht. Die Effekte der mikrostrukturellen Umwandlungen auf die resultierenden mechanischen Eigenschaften wurden mit denen einer konventionellen Austenitisierung im Ofen verglichen. Außerdem wurde analysiert, inwiefern die Mikrostruktur des Ausgangsmaterials das Ergebnis der Kurzzeitaustenitisierung beeinflusst.
In Abhängigkeit von der Dicke und der Mikrostruktur des Ausgangsmaterials, wurden zudem jene Prozessparameter der Kurzzeitaustenitisierung experimentell bestimmt, welche zum einen die geforderte Qualität von pressgehärteten Bauteilen gewährleisten, und zum anderen ein zeiteffizientes Presshärten im Vergleich zur konventionellen Austenitisierung im Ofen ermöglichen, wie beispielsweise die Erwärmungstemperatur und -dauer. Mit den so festgelegten Parametern wurden schließlich Demonstrator-Bauteile einer Kurzzeitaustenitisierung unterzogen, pressgehärtet, kathodisch tauchlackiert und abschließend charakterisiert.
Aktualisiert: 2022-04-16
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Hybride Bauteile aus Stahl und faserverstärkten Kunststoffen (FVK) können einen wichtigen Beitrag zur Verbreitung des Einsatzes funktionaler und leichter Strukturen in der Großserie leisten. Ein großes Potenzial liegt dabei im Bereich pressgehärteter Stähle, die einen stetig wachsenden Anteil am Strukturgewicht von Karosserien haben. Durch formschlüssig wirkende Verklammerungsstrukturen im Blech kann eine besonders gute Verbindung zwischen Stahl und FVK erreicht werden. Die spezifischen Randbedingungen des Presshärtens machen jedoch eine Modifikation bestehender Prozessketten nötig, die in dieser Arbeit über Umformwerkzeuge mit Kavitäten realisiert wird. Der Einfluss dieser Prozessführung auf die physikalischen Eigenschaften der Strukturen und der damit erzeugten Hybridverbunde ist Gegenstand der Untersuchung.
Aktualisiert: 2022-12-05
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Industrieunternehmen können durch Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz einen großen Beitrag zur Energiewende leisten. Ein wesentliches Handlungsfeld ist die Prozesswärmebereitstellung durch den Einsatz einer Vielzahl unterschiedlicher Industrieöfen. Trotz eines heutzutage bereits sehr effizienten Ofenaufbaus wird dennoch ein Anteil der zugeführten Energie aufgrund thermodynamischer Beschränkungen als Abwärme an die Umgebung abgegeben.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der methodischen Bestimmung des theoretischen und des technischen Abwärmepotenzials von Industrieöfen, um eine strukturierte und datenbasierte Bewertung durchführen zu können. Das theoretische Abwärmepotenzial beschreibt die physikalisch nutzbare Abwärme, wohingegen das technische Abwärmepotenzial die technischen Randbedingungen und die thermischen Bedarfe berücksichtigt. Dazu werden eine messtechnische Untersuchung und eine Simulationsstudie am Beispiel von Rollenherdöfen beim Presshärten in der Automobilindustrie durchgeführt.
Aktualisiert: 2022-01-26
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Industrieunternehmen können durch Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz einen großen Beitrag zur Energiewende leisten. Ein wesentliches Handlungsfeld ist die Prozesswärmebereitstellung durch den Einsatz einer Vielzahl unterschiedlicher Industrieöfen. Trotz eines heutzutage bereits sehr effizienten Ofenaufbaus wird dennoch ein Anteil der zugeführten Energie aufgrund thermodynamischer Beschränkungen als Abwärme an die Umgebung abgegeben.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der methodischen Bestimmung des theoretischen und des technischen Abwärmepotenzials von Industrieöfen, um eine strukturierte und datenbasierte Bewertung durchführen zu können. Das theoretische Abwärmepotenzial beschreibt die physikalisch nutzbare Abwärme, wohingegen das technische Abwärmepotenzial die technischen Randbedingungen und die thermischen Bedarfe berücksichtigt. Dazu werden eine messtechnische Untersuchung und eine Simulationsstudie am Beispiel von Rollenherdöfen beim Presshärten in der Automobilindustrie durchgeführt.
Aktualisiert: 2022-09-29
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Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei alternative Verfahren der Warmblechumformung zur Erzeugung lokal angepasster Bauteileigenschaften entwickelt und untersucht. Mit der Prozesskette der Warmumformung mit anschließender Wärmebehandlung soll die Haltezeit im Werkzeug verkürzt und so eine Produktionssteigerung erzielt werden. Außerhalb der Presse ist somit das Einstellen spezifischer Gefügezustände in einem Bauteil möglich. Mit dem Verfahren des Gleitziehbiegens mit gleichzeitiger Wärmebehandlung soll die Variantenvielfalt höchst- und ultrahöchstfester Bauteile erhöht werden. In simulativen und experimentellen Versuchen werden die Prozessgrenzen der neuen Verfahren aufgezeigt. Im Rahmen umfangreicher Bauteil- und Prozessanalysen werden die neuen Prozessketten bewertet und die Vor- und Nachteile aufgezeigt. Mit diesen zwei neuen Verfahren sollen ultrahöchstfeste Bauteilbereiche und Bauteilbereiche mit einer höheren Duktilität und damit einhergehend einer höheren absorbierbaren Deformationsenergie in einem Bauteil erzeugt werden.
Aktualisiert: 2020-01-01
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Die Produktionstechnik ist von der voranschreitenden Rohstoffverknappung maßgeblich betroffen. Daher ist es erforderlich, den Energie- und Ressourcenbedarf von Wertschöpfungsketten zu erfassen, um ihn dann kontinuierlich zu reduzieren und deren Effizienz zu verbessern. Um dies langfristig umzusetzen, ist die Entwicklung von technologieorientierten Methoden zur Bilanzierung und Bewertung der Energieund Materialflüsse in der Produktion notwendig. Zwar stehen diverse Methoden zur Energie- und Materialflussbilanzierung zur Verfügung, jedoch fokussieren diese verstärkt auf eine ökologische Bewertung. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, eine Bilanzierungsmethode für Prozesse und Prozessketten der Produktionstechnik zu entwickeln, die den Energiefluss in Bezug auf das herzustellende Bauteil modelliert und dabei konsequent physikalische, technische und technologische Parameter einbezieht. Darauf aufbauend ist eine Auswertung der Energiebilanzen unter techno-energetischen Gesichtspunkten, z. B. dem energetischen Optimum der Bauteilfertigung oder der Energiesensitivität einzelner Prozessparameter, möglich. Am Beispiel des Presshärtens einer ausgewählten Demonstratorgeometrie wird die entwickelte Methode validiert. Im Ergebnis zeigt sich, dass die technologischen Stellhebel zur Senkung des Energiebedarfs beim Presshärten vor allem die Erwärmungs- und Anlagentemperatur sowie die Transferzeit sind. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass die direkte gegenüber der indirekten Presshärteprozesskette ein Energieeinsparpotenzial von circa 53 % aufweist. Die entwickelte techno-energetische Bilanzierungsmethode (TEBMethode) leistet damit einen wichtigen Beitrag, um den Energiebedarf in der Produktion langfristig zu reduzieren und die Energieeffizienz kontinuierlich zu verbessern.
Aktualisiert: 2022-06-30
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In der vorliegenden Arbeit wird ein Ansatz zur Herstellung von pressgehärteten Bauteilen untersucht, die kleinflächige Bereiche mit niedrigen Festigkeitseigenschaften – sogenannte Gradierungen – aufweisen. Anwendung finden pressgehärtete Bauteile vorwiegend in Karosserien von Kraftfahrzeugen, wo sie zu einer Erhöhung der Crashsicherheit bei gleichzeitiger Reduzierung des Fahrzeuggewichts beitragen. Kleinflächige Gradierungen des Bauteils bewirken dabei durch die lokal höhere Duktilität und geringere Festigkeit eine größere Belastbarkeit von Widerstandspunktschweißverbindungen oder ermöglichen den Einsatz mechanischer Fügeverfahren.
Auf Basis einer Bewertung des Stands der Technik von Presshärteverfahren zur Herstellung gradierter Bauteile wird die Variante der werkzeugintegrierten Gradierung für experimentelle und simulative Untersuchungen definiert. Erforscht wird der Einfluss von Werkzeugparametern, z. B. der Temperatur der im Werkzeug befindlichen Heizelemente, deren Werkstoff, Geometrie und Abmaß, sowie von Prozessparametern, z. B. der Blechdicke und Zuhaltezeit des Werkzeugs, auf die mechanischen Eigenschaften des Bauteils und deren Lokalität.
Ein Ergebnis ist, dass das Ausmaß der Gradierung signifikant vom Werkstoff, dem Durchmesser und der Form der Kontaktfläche des Heizelements sowie der Zuhaltezeit des Werkzeugs abhängt. Die numerische Abbildung mittels FEM konnte durch die Experimente bestätigt werden. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung setzt die untersuchte Verfahrensvariante in einen anwendungsnahen Zusammenhang und zieht den Vergleich zur etablierten Gradierung mittels Laserstrahlung. Quintessenz ist, dass die werkzeugintegrierte Gradierung hinsichtlich der erzielbaren Bauteileigenschaften leichte Defizite gegenüber der Lasergradierung besitzt, jedoch eine deutlich bessere Kostenbilanz aufweist.
Aktualisiert: 2022-06-30
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Der Schlüssel zur Herstellung von hochfesten und komplex geformten Blechbauteilen ist die kombinierte Umformung und Wärmebehandlung. Die Untersuchung dient zur Entwicklung der mehrstufigen Folgeverbund- und Transfer-Werkzeug-Technologien durch eine in-situ thermische Behandlung. Für den kompakten Werkzeugaufbau wird das einstufige induktive Erhitzen und die mehrstufige Wärmeabfuhr entwickelt. Weiterhin werden die Mechanismen beim Biegen erforscht und durch eine Modellierung abgebildet. Beim Freibiegen ist neben dem Rückfedern das Überbiegen ein unabhängiger Effekt, mit dem das Biegeergebnis kontrolliert wird. Beim Gesenkbiegen führt die Wärmekontraktion zur Spannungsüberlagerung, die eine Kalibrierung des Biegeteils ermöglicht. Zur Wärmebehandlung von Stählen werden die Austenitisierung und das Abschrecken analysiert und modelliert. Zur Kontrolle der Zugfestigkeit ist neben der Korngröße die Kohlenstoffbeladung eine zentrale Stellgröße. In Fallstudien wird schließlich die Anwendung zur Fertigung von Bauteilen mit einer definierten Geometrie und Festigkeit veranschaulicht.
Aktualisiert: 2020-01-17
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In dieser Arbeit wird ein neuartiges Oxidationsschutzsystem für das Presshärten von Stahlbauteilen auf Basis von oxidischen Nanopartikeln entwickelt und hinsichtlich der geforderten Eigenschaften für den Presshärteprozess und die folgenden Weiterverarbeitungsschritte untersucht. Bei dem Schichtsystem, den sog. "Multilayer-Ceramic-Coatings" (MLCC), handelt es sich um einen mehrschichtigen Aufbau, bei dem jeder Schicht eine andere Aufgabe/Eigenschaft zukommt. Während die Grundschicht einen Haftverbund zum Substrat herstellen und durch frühzeitiges Erweichen den Oxidationsschutz sowie die Umformung verbessern soll, ist es die Aufgabe der Deckschicht, Anhaftungen an Ofenrollen bzw. Manipulatoren oder dem Werkzeug zu vermeiden und einen weiteren Oxidationsschutz zu gewährleisten. Zusätzlich kann eine weitere Schicht als Haftvermittler aufgetragen werden.
Die Beschichtung kann das Substrat während des Austenitisierens bei 950°C für das Presshärten vor Oxidation schützen und auch größtenteils rissfrei umgeformt werden. Ausbrüche der Beschichtung können, je nach Beschichtungs- und Austenitisierbedingungen, weitestgehend vermieden werden.
Obwohl sich die Beschichtungen mittels Widerstandspunkt- und Laserstrahlschweißen fügen lassen, ist die Schweißeignung auf Grund des geringen Schweißbereiches als nicht zufriedenstellend zu bezeichnen, was durch die schlechte Leitfähigkeit der Beschichtung zu begründen ist. Dennoch kann eine KTL-Schicht aufgetragen werden, die als Gesamtsystem zu einer guten Korrosionsbeständigkeit in wässrigen Medien führt.
Aktualisiert: 2020-01-27
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Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei alternative Verfahren der Warmblechumformung zur Erzeugung lokal angepasster Bauteileigenschaften entwickelt und untersucht. Mit der Prozesskette der Warmumformung mit anschließender Wärmebehandlung soll die Haltezeit im Werkzeug verkürzt und so eine Produktionssteigerung erzielt werden. Außerhalb der Presse ist somit das Einstellen spezifischer Gefügezustände in einem Bauteil möglich. Mit dem Verfahren des Gleitziehbiegens mit gleichzeitiger Wärmebehandlung soll die Variantenvielfalt höchst- und ultrahöchstfester Bauteile erhöht werden. In simulativen und experimentellen Versuchen werden die Prozessgrenzen der neuen Verfahren aufgezeigt. Im Rahmen umfangreicher Bauteil- und Prozessanalysen werden die neuen Prozessketten bewertet und die Vor- und Nachteile aufgezeigt. Mit diesen zwei neuen Verfahren sollen ultrahöchstfeste Bauteilbereiche und Bauteilbereiche mit einer höheren Duktilität und damit einhergehend einer höheren absorbierbaren Deformationsenergie in einem Bauteil erzeugt werden.
Aktualisiert: 2019-11-07
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In dem hohen Festigkeitsbereich formgehärteter Vergütungsstähle besteht unter den Bedingungen Wasserstoffeintrag und durch Passungenauigkeiten entstehende Zugspannungen nach dem Schweißen potentiell das Risiko wasserstoffunterstützter Kaltrissbildung. In dieser Arbeit wird entlang der Prozesskette Presshärten-Schweißen-Kathodische Tauchlackierung (KTL) das Wasserstoffaufnahmepotential des Untersuchungswerkstoffs 22MnB5 mit und ohne Al-Si-Überzug überprüft. Bei der Wasserstoffaufnahme liegt das Hauptaugenmerk auf technologischen Einflüssen und Umgebungsbedingungen, die für die Austenitisierung der Platinen während des Presshärtens und für anschließende automobilbaurelevante Schweißverfahren (Widerstandspunkt- und MSG-Schweißen) bedeutsam sind.
Für die Quantifizierung des Wasserstoffs wird auf das Messverfahren der Trägerheißgasextraktion zurückgegriffen, der genaue Nachweis kleinster Wasserstoffmengen erfolgt unter Verwendung eines Quadrupol-Massenspektrometers. Nach der empirischen Bestimmung von Aktivierungsenergien und Diffusionskoeffizienten erfolgt die Betrachtung der Wasserstoffeffusion, die in starkem Maße von der Art des Überzugs des borlegierten Vergütungsstahls abhängig ist. Darüber hinaus kann über die Umgebungstemperatur Einfluss auf die Effusion des Wasserstoffs genommen werden.
Um die festigkeitsreduzierende Wirkung durch diffusiblen Wasserstoff in Schweißverbindungen prüfen zu können, wird eine fremdbeanspruchte Kaltrissprüfvorrichtung, die auf den mechanischen Grundlagen des Vier-Punkt-Biegeversuchs basiert, verwendet. Es konnten Zusammenhänge zwischen der Wasserstoffkonzentration und der Rissbildung von geschweißten Probe aus dem pressgehärteten Werkstoff 22MnB5 unter Verwendung dieser Prüfvorrichtung ermittelt werden.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Das Presshärten ist ein Verfahren zur Herstellung höchstfester komplexer Fahrzeugkomponenten
mit großer Fertigungsgenauigkeit. Es verbindet das Tiefziehen mit einer Wärmebehandlung
mit dem Ziel der Festigkeitssteigerung in einem Prozess.
Dieses Fertigungsverfahren erfordert jedoch hohen Aufwand, da es zusätzlich zu der Formgebung
ein Erwärmen und ein anschließendes definiertes Abkühlen der umgeformten
Komponenten beinhaltet. Diese Teilprozesse üben einen signifikanten Einfluss auf die
Bauteileigenschaften aus. Derzeit erfolgt die Erwärmung der Platinen in der Serienfertigung
fast ausschließlich in Rollenherdöfen durch Konvektion und Wärmestrahlung. Die
entsprechenden Anlagen sind mit hohen Investitionskosten verbunden und haben großen
Platz- sowie Energiebedarf. Außerdem ist eine schnelle, effektive Regelung dieses Prozesses
schwierig. Der Hauptaspekt dieser Arbeit besteht in der Entwicklung und Erprobung eines
konduktiven Erwärmungssystems als Alternative zum derzeit üblichen Verfahren, um dessen
Nachteile zu kompensieren.
Mit der entwickelten Anlage und dem dazugehörigen Prozess ist eine sehr schnelle, geregelte
Erwärmung von Platinen für das Presshärten möglich. In Kombination mit einem
entsprechenden Werkzeug entstand ein Fertigungssystem, mit dem umfangreiche Presshärtversuche
durchgeführt wurden. Ein Vergleich mit konventionell erwärmten, pressgehärteten
Komponenten zeigt, dass zumindest gleiche und in Teilbereichen sogar bessere Eigenschaften
erzielt werden können.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Zugenommene Sicherheitsanforderungen, gesetzliche Umweltauflagen und die Erhöhung der Reichweiten insbesondere für die Elektromobilität sorgen für einen stetigen Anstieg pressgehärteter Bauteile im Automobilbau. Der wachsende Einsatz pressgehärteter Bauteile erfordert weltweit höhere Produktionskapazitäten und neue Produktionsanlagen.
Bezogen auf die Anforderungen an eine kompakte, flexible und ressourcenschonende Produktion gilt es im Rahmen dieser Arbeit das Prozessfenster bezüglich einer schnellen Platinenerwärmung ausfindig zu machen. Die Ermittlung des Prozessfensters basiert auf der Untersuchung des Grundwerkstoffs 22MnB5, der Al-Si-Beschichtung und der verwendeten induktiven Erwärmungstechnik.
Zunächst wird auf der Grundlage einer Literaturrecherche ein guter Überblick über den aktuellen Stand der Technik und Wissenschaft beim Presshärten gegeben.Um den Einfluss einer schnellen Erwärmung auf den Grundwerkstoff zu analysieren, werden Warmfließkurven erstellt sowie Zugversuche, Härtemessungen und Gefügeuntersuchungen durchgeführt. Für die Untersuchung der Machbarkeit der induktiven Erwärmung von Platinen für das Presshärten werden verschiedene Ansätze vorgestellt und Lösungen erarbeitet. Die Beschichtung wird zunächst bezüglich ihrer Eignung zur schnellen Erwärmung im heutigen Anlieferzustand untersucht. Für die Erzielung einer Verkürzung der Erwärmungszeiten wird die Beschichtung speziell durch ein Glühprozess vordiffundiert. Die veränderte Beschichtung durchläuft den Presshärteprozess und wird anschließend auf ihre Qualität und Eignung für die Automobilindustrie geprüft. Abschließend wird das ermittelte Prozessfenster anhand von Versuchen mit einem Prinzipbauteil überprüft.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Der Inhalt dieser Arbeit ist die Modellbildung des Presshärtprozesses und die Berechnung der resultierenden Bauteileigenschaften unter gleichzeitiger Betrachtung der thermisch-, mechanisch- und gefügeumwandlungsinduzierten Eigenspannungen. Dazu werden Methoden entwickelt, die die komplexen Effekte der Phasenumwandlung in der FE-Simulation zu berücksichtigen.
Zunächst wird ein auf physikalischen und empirischen Gleichungen basierendes Modell zur Berechnung der Phasenumwandlung für die Anwendung auf Mangan-Bor-Stähle erweitert und in ein kommerzielles FE-System implementiert.
Daran anschließend erfolgt die Entwicklung eines Stoffgesetzes zur Berechnung der Gefügeumwandlung und Eigenspannungsentwicklung beim Presshärten. Hierbei werden erstmals die plastische Anisotropie des Werkstoffs und die umwandlungsinduzierten Eigenspannungen gleichzeitig in einem Stoffgesetz zur Simulation von Presshärt-prozessen berücksichtigt. Weiterhin wird zur Beschreibung der Festigkeitssteigerung aufgrund der Gefügeumwandlung die Fließkurve als Funktion der Gefügezusammen-setzung definiert.
Aktualisiert: 2019-10-17
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