Grundlagen der Warmumformung von Mehrphasenstählen mit kontrollierter Abkühlung zur Einstellung lokaler mechanischer Eigenschaften
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projekts wurde untersucht, ob sich andere Stahlgüten für den direkten Presshärtprozess eignen und in wieweit das Portfolio einstellbarer mechanischer Eigenschaften dadurch erweitert werden kann. Zudem bestand ein Ziel in der numerisch basierten Vorhersage des resultierenden Gefüges anhand eines Metamodells. Untersuchungsgegenstand sind ein Dual- und ein Mehrphasenstahl, für die, nachdem deren Presshärtbarkeit nachgewiesen worden ist, ein geeignetes Prozessfenster zur Austenitisierung des Werkstoffs im direkten Presshärtprozess identifiziert wurde. Aufbauend auf dem Prozessfenster wurde anschließend das plastische Formänderungsverhalten bei erhöhten Temperaturen in Abhängigkeit relevanter Prozessparameter wie Abkühlgeschwindigkeit, Dehnraten und Umformtemperaturen identifiziert und mittels adäquater Modellierungsansätze auf ihre analytische Vorhersagbarkeit hin überprüft. Hierbei hat sich herausgestellt, dass eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den im Experiment aufgenommenen Fließkurven und dem Modellierungsansatz 1 nach Lechler erreicht wird. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die Verformung des metastabilen Austenits im Gegensatz zum Bor-Manganstahl nur geringe Auswirkungen auf die Umwandlungskinetik des Werkstoffs hat. Die Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Platinen- und Werkzeugoberfläche wurde anschließend in Abkühlversuchen in Abhängigkeit von Werkstoff, Kontaktzustand, Flächenpressung und Werkzeugtemperatur ermittelt und durch nachfolgende metallographische und mechanische Methoden charakterisiert, wodurch das Potential einstellbarer mechanischer Eigenschaften aufgezeigt wurde. Nachfolgend wurde das tribologische Verhalten invers anhand der Modellgeometrie Napf untersucht. Anhand der Ergebnisse wird deutlich, dass die Reibzahl von der Umformgeschwindigkeit und von der Werkzeugtemperatur beeinflusst wird. Eine Berücksichtigung der Prozessparameterabhängigkeit der Reibzahl ist daher bei der numerisch basierten Prozessabbildung im Hinblick auf die gesteigerte Realitätstreue zu empfehlen. Zur Entwicklung der inversen Vorhersagemethodik anhand der numerischen Berechnung des Tiefziehprozess wurde das zuvor anhand von Kraft-Weg-Verlauf und Temperaturprofil validierte Simulationsmodell genutzt und unter Berücksichtigung charakteristischer Kennwerte wie Fließverhalten, Wärmeübergang, Reibzahl usw. Simulationen durchgeführt. Mithilfe des entwickelten Metamodells wurde das resultierende Gefüge vorhergesagt und durch praktische Umsetzung des Prozesses verifiziert. Im Rahmen des Projektes konnte somit erfolgreich nachgewiesen werden, dass das Portfolio erreichbarer mechanischer Eigenschaften durch eine Werkstoffsubstitution des Halbzeugs möglich ist und durch die Verwendung intrinsischer Verfahren noch weiter gesteigert werden kann. Zudem wurde aufgezeigt, dass die Kennwerte in Abhängigkeit des Werkstoffs unterschiedlich sind und daher gesondert zu ermitteln sind. Neben der diesen Erkenntnissen wurde eine Möglichkeit zur Eigenschaftsprognose erfolgreich identifiziert und verifiziert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Prozessfenster zur Verarbeitung alternativer Stahlgüten im Presshärtprozess. In: M. Merklein (Hrsg.): 7. Erlanger Workshop Warmblechumformung, Meisenbach, 2012, S. 55-70
Merklein, M.; Svec, T.
- Hot Stamping - Process Window for the Austenitization of a Dualphase Steel. In: Oldenburg, M.; Prakash, B.; Steinhoff, M. (Hrsg.): 4th International Conference Hot Sheet Metal Forming of High-Performance Steel, Wissenschaftliche Scripten, 2013, S. 275-282
Svec, T.; Merklein, M.
