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

Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover

Bei beiden vorgestellten Stählen kommt es zur Phasenumwandlung im Gefüge infolge der Umformung, dabei wird ein Teil des Austenits in Martensit umgewandelt. Dies ist neben anderen Verfestigungsmechanismen ein Grund für die Abweichungen zwischen der Härteumwertung nach DIN EN ISO 18265 und der wahren Spannung.

Trendlinien zeigen Zusammenhang zwischen Härte und Festigkeit

In Bild 3 ist eine Übersicht über alle untersuchten Werkstoffe in der Beziehung Härte zu Festigkeit dargestellt. Hier wird die wahre Spannung verwendet. Trendlinien geben den mathematischen Zusammenhang an.

Lediglich für den TRIP780 lässt sich auf diese Weise nicht so einfach eine Trendlinie angeben. Dieser Stahl ist durch sein kombiniertes Verhalten von Martensitbildung, Work-Hardening und Bake-Hardening schwer zu beschreiben und soll künftig im SFB 675 näher untersucht werden.

Bedeutung der lokalen Festigkeit für die Gesamtstruktur eines Bauteils

Die lokale Festigkeit eines Bauteils ist für das statische Tragverhalten der Gesamtstruktur von großer Bedeutung. Oftmals ist allerdings eine schwingende Beanspruchung für die Lebensdauer einer Struktur maßgeblich. Um Strukturen aus umgeformtem Feinblech gegen Materialermüdung auszulegen, müssen lokale Umformzustände und Beanspruchungen berücksichtigt werden.

Eine moderne Methode zur Lebensdauerabschätzung ist das örtliche Konzept, mit dem aufgrund von Finite-Elemente-Rechnungen und zyklischen Materialkennwerten die Lebensdauer eines Bauteils unter schwingender Belastung abgeschätzt werden kann. Es werden die zyklischen Eigenschaften eines Werkstoffs mit großem Potenzial für lokale Eigenschaftsänderungen, wie beispielsweise starke Verfestigung durch Umformen, untersucht.

Umformung verbessert auch Schwingfestigkeitseigenschaften

Dabei konnte festgestellt werden, dass Umformung nicht nur die Härte- und quasistatischen Festigkeitskennwerte anhebt, sondern in ähnlichem Maße auch die Schwingfestigkeitseigenschaften verbessert [3]. Für den Stahl 1.4301 wurden Schwingfestigkeitsuntersuchungen mit verschiedenen einachsigen Vorreckungen durchgeführt. Das Vorrecken führt zu einer erheblichen Steigerung der Schwingfestigkeit, die zyklischen Spannungs-Dehnungs-Kurven werden angehoben (Bild 4).

Der positive Einfluss der vorhergehenden Umformung bleibt auch unter zyklischer Beanspruchung erhalten und führt zu einer signifikanten Verbesserung der Lebensdauer des Bauteils an hochbeanspruchten Stellen, ohne dass ein erhöhter Materialeinsatz notwendig wird.

Das Ableiten lokaler Werkstoffeigenschaften aus der Härtemessung ist für die Blechumformung im Rahmen verschiedener Disziplinen des SFB 675 von großer Bedeutung. Am Demonstratorbauteil werden die lokalen Festigkeiten im Bereich tiefgezogener martensitischer Strukturen und in Bereichen eingewalzter Strukturen [4] bestimmt und gezielt eingestellt. Für Sandwichstrukturen [5] ist das Verfahren zur Überprüfung eingebrachter Eigenschaftsprofile in den Deckblechen geeignet.

Dr.-Ing. Sven Hübner ist Leiter der Abteilung Blechumformung am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) der Leibniz-Universität Hannover, im SFB 675 leitet er die Arbeitsgruppe Modellbildung. Autorenteam: Prof. Dr.-Ing. H. Palkowski, Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens, Prof. Dr.-Ing. Fr.-W. Bach, Prof. Dr.-Ing. V. Wesling, Prof. Dr.-Ing. A. Esderts, K.-M. Rudolph, K. Voges-Schwieger, K. Weilandt, J. Mielke, J. Knigge, T. Hagen, M. Asadi, O. Sokolova, H. Wiche, T. Medhurst und M. Diebel.

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