Projektbeschreibung

Zur Erzeugung von leistungsfähigen Leichtbauprodukten ist Schädigung während der Umformprozesse kritisch. Die Kenntnis der ablaufenden Schädigungsmechanismen ermöglicht die Entwicklung schädigungstoleranter Werkstoffe. Dies umfasst Werkstoffe, in denen durch Umformung wenig Schädigung entsteht und/oder die in ihren Eigenschaften möglichst wenig durch Schädigung negativ beeinflusst werden.

Diese Schädigungstoleranz wird dabei von einer großen Vielzahl an Mikrostrukturparametern bestimmt, welche durch die chemische Zusammensetzung und thermo-mechanische Prozesskette beeinflusst werden. Bei Dualphasen (DP)-Stahl ist insbesondere die abschließende interkritische Wärmebehandlung des Halbzeugs der entscheidende Schritt, in welchem das Gefüge vor der Endbearbeitung zum Bauteil eingestellt wird. In TP B05 werden in Simulationen Mikrostrukturen frei generiert und hinsichtlich ihrer Schädigungstoleranz optimiert. Durch alleinige Veränderung der Wärmebehandlungsparameter konnten jedoch an der bislang im TRR verwendeten industriellen DP-Stahllegierung die Gefüge nur beschränkt und parametergekoppelt verändert werden.

Aufbauend auf den vom gesamten TRR 188 in der ersten Förderperiode gewonnenen Erkenntnissen sollen in diesem neuen Teilprojekt B06 Strategien zur Erzeugung schädigungstoleranter DP-Gefüge experimentell entwickelt werden. Hierbei werden in der zweiten Förderperiode zunächst die kritischsten Einflussgrößen, insbesondere Anteil und Festigkeit (Härte) des Martensits, sowie die Korngröße und -morphologie von Ferrit und Martensit, systematisch und entkoppelt analysiert. Thermodynamische Berechnungen liefern die Grundlage der gezielten Variation der interkritischen Glühtemperatur, als auch der chemischen Zusammensetzung (insb. Gehalt von C, Si und Mn, ggf. Cr und Mo). Basierend auf diesen Berechnungen werden entsprechende kleine Versuchslegierungen (< 1 kg) im Hochdurchsatzverfahren abgegossen, rundgeschmiedet und im Dilatometer gemäß der Berechnung wärmebehandelt werden.

Die Korngröße und -morphologie kann durch parallele Umformung während der interkritischen Behandlung beeinflusst werden, ebenso wie durch unterschiedliche Eingangsgefüge (gemeinsam mit TP A08). Die erzeugten Probekörper werden hinsichtlich mechanischer Eigenschaften (Zugversuch, Härteprüfung) und Mikrostruktur (Phasenanteile, Korngrößen) untersucht. Weiterhin werden mittels Miniatur-Biegeversuche die Toleranz gegenüber Schädigung untersucht.

In der industriellen Prozesskette entspricht dies einem möglichen Lastpfad der Kaltumformung des Halbzeugs zum Bauteil bei dem gleichzeitig ein großer Dehnungsgradient auftritt. In Kooperation mit TPs B02 und B04 werden anschliessend an ausgewählten Proben die lokalen mechanischen Eigenschaften und Schädigungsmechanismen mittels (in-situ) Zugversuchen ermittelt und weitergehende Mikrostrukturanalysen (hochauflösende Methoden der Rasterelektronenmikroskopie) durchgeführt.

Weiterhin wird in diesem TP B06 an ausgewählten Proben die lokale Struktur (Transmissionselektronenmikroskopie) und chemische Zusammensetzung (Atomsondentomographie) hochauflösend analysiert werden. Diese Erkenntnisse ermöglichen in gemeinsamer Iteration mit den komplementären Simulationen aus TP B05 die Ermittlung von Struktur/Eigenschaftsbeziehungen. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen sollen ausgewählte Legierungen in größerem Maßstab (> 10 kg) synthetisiert werden.

Auswahlkriterien sind eine möglichst geringe beobachtete Schädigung nach Biegeversuchen bei gleichzeitig möglichst hoher Festigkeit und Duktilität. Dies ermöglicht die Untersuchung des Verhaltens dieser modifizierten DP-Stähle in der Prozesskette der Umformung in Kooperation mit Projekten aus dem Projektbereich A, und trägt zur Entwicklung schädigungstoleranter Werkstoffe im Arbeitskreis „Designkriterien“ bei.

 

Projektleitung
Dr.-Ing. Stefanie Sandlöbes-Haut
Institut für Metallkunde und Metallphysik (IMM) der RWTH Aachen
Prof. Dr.-Ing. habil. Hauke Springer
Institut für Bildsame Formgebung (IBF) der RWTH Aachen

Projektbearbeitung
Gyeongwan Jo M. Sc.
Institut für Metallkunde und Metallphysik (IMM) der RWTH Aachen