Umformen Temperiertes Versuchswerkzeug für das Edelstahl-Tiefziehen

Ein neues Versuchswerkzeug bildet Serienprozesse bei der Umformung nichtrostender Stähle nach. Durch die Werkzeugtemperierung, die Optimierung der Werkzeugoberfläche und einen steuerbaren Prozessablauf gelingt es, Eigenschaftsänderungen des umgeformten Materials zu erkennen und den Prozess zu gestalten.

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Technische Universität Graz Institut für Werkzeugtechnik & Spanlose Produktion

Austenitische nichtrostende Stähle finden aufgrund ihres außergewöhnlich guten Umformverhaltens und ihrer Korrosionsbeständigkeit vielfach Verwendung in der Lebensmittel- und Haushaltswarenindustrie (Bild 1 – siehe Bildergalerie). Je nach Zusammensetzung des Stahls kann es während der Umformung zu einer verformungsinduzierten Umwandlung des Gefüges im Martensit kommen.

Mittlere Austenitstabilität zum Stahl-Umformen angestrebt

Ist die Austenitstabilität zu hoch, wandelt sich nur ein äußerst geringer Teil des Gefüges in Martensit um. Bei einer zu geringen Austenitstabilität kommt es bereits bei geringen Umformgraden zu einer hohen Martensitbildung, hierdurch wird die Umformbarkeit deutlich herabgesetzt. Für eine gute Umformbarkeit wird bei austenitischen nichtrostenden Stählen eine mittlere Austenitstabilität angestrebt.

Da das Umwandlungsverhalten stark von der Temperatur abhängig ist, spielen prozessimmanente Einflussgrößen eine große Rolle. Die Umformgeschwindigkeit und die Ziehtiefe bewirken eine adiabatische Erwärmung des Materials. Durch die martensitische Umwandlung während der Umformung wird ebenfalls Wärme frei. Schließlich stellt sich zusammen mit der Erwärmung durch Reibung eine prozessabhängige stationäre Werkzeug- und Umformtemperatur ein.

Da die Auslegung industrieller Prozesse mittels FE-Analysen eine hinreichend genaue Materialbeschreibung voraussetzt, ist die Beschreibung des temperaturabhängigen Werkstoffverhaltens für die korrekte Simulation von metastabilen Austeniten von grundlegender Bedeutung. Ein zurzeit weit verbreitetes und viel diskutiertes Modell hierfür ist das Hänsel-Modell [1-3], das die temperaturabhängige Martensitbildung während des Umformens berücksichtigt. Vielfach ist eine explizite Berücksichtigung der Martensitbildung auch überflüssig, da zu wenig Martensit im Gefüge gebildet wird und das Verfestigungsverhalten kaum beeinflusst wird [4].

Das Hänsel-Modell selbst führt zu einer verbesserten Vorhersage der Verfestigung, jedoch bleibt der Einfluss der Martensitbildung beziehungsweise der Umformtemperatur auf Fließort und Versagen unberücksichtigt. Um den Einfluss der Martensitbildung auf die Umformgrenzen in Abhängigkeit von den diskutierten Einflussgrößen zu untersuchen, wurde in einem bilateralen Forschungsprojekt zwischen der Thyssen-Krupp Nirosta AG und dem Institut Tools & Forming (TU Graz) ein den Serienprozess abbildendes Umformwerkzeug aufgebaut.

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