Ermittlung der Umformgrenzen von martensitischen Chromstählen in der Warmblechumformung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 385989694

Das Ziel des geplanten Forschungsvorhabens liegt in der simulativen Abbildung der Warmumformung eines martensitischen Chromstahls unter Berücksichtigung des Formänderungsvermögens bei erhöhten Temperaturen, der stattfindenden Gefügeumwandlungen und deren Auswirkungen auf die resultierenden Bauteileigenschaften. Die Warmumformung von martensitischen Chromstählen im Bereich der Blechumformung hat gegenüber dem Formhärten von Mangan-Bor-Stählen verschiedene Vorteile, wie z.B. eine geringere kritische Abkühlrate, eine höhere einstellbare Bruchdehnung bei gleichzeitig hohen Festigkeiten und die bessere Korrosionsbeständigkeit der Werkstoffe. Da bei der Warmumformung und insbesondere beim Formhärten ein komplexes Zusammenspiel zwischen Halbzeugtemperatur, Werkzeugtemperatur und Prozessdauer vorliegt, wodurch die Gefügeausbildung, die finalen Bauteileigenschaften, die Eigenspannungen und der Verzug maßgeblich beeinflusst werden, ist eine Modellbildung und die Vorhersage der Prozessgrenzen bei diesem Prozess unerlässlich. Besonders die höheren Materialkosten beim Einsatz von martensitischen Chromstählen im Vergleich zu Mangan-Bohr-Stählen machen eine simulative Auslegung der Prozesse, um Ressourcen, Versuche und somit auch Kosten zu sparen, unabdingbar. Die Basis zur simulativen Abbildung dieser Prozesse im Rahmen des geplanten Forschungsvorhabens stellt die Übertragung des am Institut vorhandenen Materialmodells, das im Rahmen des DFG-Vorgängerprojektes für den Mangan-Bor-Stahl 22MnB5 entwickelt und im Fortsetzungsantrag erweitert wurde, auf den zu untersuchenden Werkstoff dar. Hierfür muss eine umfassende Materialcharakterisierung des verwendeten Werkstoffs erfolgen und das Materialmodell, unter anderem an die abweichenden Gefügeumwandlungsvorgänge, angepasst werden. Für die Bestimmung des Formänderungsvermögens von Blechwerkstoffen ist der Einsatz von Grenzformänderungskurven Stand der Technik. Da das Fließverhalten und das Formänderungsvermögen eines Werkstoffs von der Temperatur abhängig sind, sind konventionelle Grenzformänderungskurven, die bei Raumtemperatur aufgenommen wurden in der Warmumformung nicht einsetzbar. Um das Formänderungsvermögen der martensitischen Chromstähle bei einer Warmumformung und den Einfluss der Umformtemperatur auf das Formänderungsvermögen in diesem Temperaturbereich abbilden zu können, liegt das weitere Ziel dieses Projekts in der Aufnahme von temperierten Grenzformänderungskurven und der Implementierung dieser Kurven in die Simulation. Durch das Materialmodell in Kombination mit den implementierten Grenzformänderungskurven können das Formänderungsvermögen während der Warmumformung und die resultierenden Bauteileigenschaften nach der Abkühlung realitätsnah berechnet werden. Die Validierung des so erstellten Simulationsmodells erfolgt anhand von Demonstratorbauteilen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Outokumpu Nirosta GmbH