Im Fertigungsprozess lassen sich Bauteile spezifisch optimieren

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Hermann Kemper GmbH & Co. KG - Hersteller für CNC Drehteile

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover

Als Beispielbauteil dient in Anlehnung an Geometrien aus der Crashsicherheit (beispielsweise Längs- und Querträger im Automobilbereich) ein Doppel-U-Profil aus dem Werkstoff 1.4301 (Bild 1). Durch die Einbringung lokaler martensitischer Verstärkungen konnte bei den Bauteilen gezielt auf das Faltungsverhalten im Crashfall im Fallturm eingewirkt werden.

Es zeigte sich insbesondere eine positive Beeinflussung der Energieaufnahme, des Kraftverlaufes und des Deformationsverlaufes. Im Gegensatz zum Referenzbauteil konnte ein definiertes Knickungsverhalten realisiert werden.

Punktuelle Härtemessung als Kontrolle der veränderten lokalen Festigkeiten

Lokale Festigkeiten am Bauteil sind schlecht messbar. Um örtlich Zugproben aus dem Bauteil herauszuschneiden, fehlt meistens der Platz. Dies ist nur bei großflächigen Bauteilen möglich.

Letztendlich bleibt nur die punktuelle Härtemessung, beispielsweise nach Vickers. Im Karosseriebau von Fahrzeugen werden im Zuge des Leichtbaus zunehmend hochfeste Stähle eingesetzt, wie beispielsweise Mehrphasen- und Restaustenitstähle, die auch im SFB 675 untersucht und lokal verändert werden.

Die Arbeitsgruppe Modellbildung im Rahmen des SFB 675 besteht aus Mitarbeitern der verschiedenen Projekte und hat sich zum Ziel gesetzt, diese Werkstoffe hinsichtlich ihrer Eigenschaften zu charakterisieren und eine Umrechnung von gemessener Härte [HV] am Bauteil in lokale Festigkeit [N/mm2] zu ermöglichen.

Zugproben gehen Härtemessung voraus

Zunächst werden Zugproben nach DIN EN 10002 in den Intervallen 5%, 10%, 15% und 20% mit einer rechnergesteuerten Zugprüfmaschine vorgedehnt. Dabei werden die Zugkraft sowie die Längen- und Breitenänderung der Probe erfasst. An den vorgedehnten Proben wird anschließend die Härte nach Vickers gemessen.

Mit der Härteumwertung nach DIN EN ISO 18265 können Härtewerte [HV] in Festigkeit [N/mm2] umgerechnet werden. Diese Umrechnungsmethode basiert auf Ringversuchen des Vereins Deutscher Eisenhüttenleute (VDEh) für unterschiedliche Stähle.

Allerdings weisen die im Rahmen des SFB 675 verwendeten aktuellen hochfesten Stahlgüten ein von der DIN abweichendes Werkstoffverhalten auf. In Bild 2 (siehe Bildergalerie) ist der Zusammenhang zwischen Härte und unterschiedlichen Spannungen für zwei Werkstoffe dargestellt. Hierbei handelt es sich um einen austenitischen Edelstahl 1.4301 und um einen Restaustenitstahl TRIP780.

Härteumwertung nicht mit Spannungen aus dem Zugversuch vergleichbar

Es fällt auf, dass die Härteumwertung nach DIN EN ISO 18265 nicht mit den Spannungen aus dem Zugversuch vergleichbar ist und für diese Stähle nicht anwendbar ist. Die im Zugversuch ermittelten Spannungen sind die technische Spannung, die dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm entnommen wurde, und die wahre Spannung, die mit der Fließkurve korreliert. Bei Berechnung der technischen Spannung wird der Ausgangsquerschnitt der Zugprobe vor dem Versuch angesetzt, bei der wahren Spannung der sich über die Zeit verändernde Querschnitt.

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