Im modernen Automobilbau spielen Forderungen hinsichtlich verminderten Kraftstoffverbrauchs bei gleichzeitig erhöhtem Insassenschutz vorrangige Rollen. Dazu wird verstärkt auf neue, hochfeste Werkstoffe zurückgegriffen. Noch in der Entwicklung befinden sich so genannte TWIP-Stähle, die aufgrund mechanischer Zwillingsbildung während der Umformung (TWinning Induced Plasticity, TWIP-Effekt)eine herausragende Duktilität bei gleichzeitig hoher Festigkeit besitzen. Können mit konventionellem Blecheinsatz anspruchsvolle Bauteileigenschaften nicht mehr erfüllt werden, kommen z.B. Halbzeuge aus maßgeschneiderten, geschweißten Platinen (engl.: Tailored Welded Blanks, TWB) zum Einsatz. TWBs kombinieren zwei oder mehrere Teilbleche mit unterschiedlichen Blechdicken, Umformeigenschaften oder Oberflächenbeschichtungen zu einer Platine. Somit lässt sich eine geforderte Bauteileigenschaft lokal realisieren. Der Einsatz von TWIP-Stahl in TWBs ist angestrebt, jedoch sind dazu noch grundlegende Fragen hinsichtlich Schweißbarkeit und Einfluss der Schweißnaht auf das Umformverhalten offen. Ziel diese Diplomarbeit war es, das Einsatzpotential von TWBs auf Basis neu entwickelter TWIP-Stähle abzuschätzen und anhand umformtechnischer Kriterien zu bewerten. Ebenfalls sollte eine Mischkombination TWIP/DP-Stahl erprobt werden. Neben Umformsimulationen (AutoForm) wurden hierfür Grundsatzversuche an Schweißverbindungen (Erichsen-Versuch, Metallographie, Härtemessung, EDX), sowie Abpress- und Bauteilversuche (Bestimmung mech. Eigenschaften und Maßhaltigkeit) durchgeführt. Die Schweißnaht wurde hinsichtlich ihrer Eigenschaften charakterisiert, der Schweißnahteinfluss auf das Umformverhalten dokumentiert und die Bauteileigenschaften mit Referenzbauteilen aus Einzelblechanwendung und höchstfestem Serienwerkstoff verglichen.
Dabei zeigte sich, dass TWBs auf Basis von TWIP-Stahl grundsätzlich darstellbar sind und Einsatzpotential besitzen, in zukünftigen Fahrzeuggenerationen Insassensicherheit zu erhöhen und gleichzeitig Leichtbauforderungen gerecht zu werden. Hinsichtlich Bauteilfestigkeit, Umform- und Energieaufnahmevermögen versprechen sich Vorteile gegenüber Serienwerkstoffen für Strukturbauteile. Jedoch neigt die Schweißnaht zum Versagen und verlangt große Sorgfalt bei der Herstellung. So besteht u.a. im Bereich der Fügetechnik noch Entwicklungsbedarf, eine prozesstauglich Stumpfstoß-Verbindung von TWIP-Stahl zu realisieren.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einführung
- 1.1. Einleitung und Motivation
- 1.2. Zielsetzung und Vorgehensweise
- 2. Stand der Technik
- 2.1. Theoretische Grundlagen der Umformtechnik
- 2.2. Technologische Grundlagen der Umformtechnik
- 2.2.1. Tiefziehen
- 2.2.2. Streckziehen
- 2.2.3. Ziehen von Karosserieblechen
- 2.2.4. Warmumformung im Karosseriebau
- 2.2.5. Grenzen des Umformvermögens
- 2.3. Grundlagen der Umformsimulation
- 2.3.1. Finite-Elemente-Methode
- 2.3.2. Materialmodell
- 2.4. Festigkeitssteigerung bei Stahlwerkstoffen
- 2.4.1. Karosseriebaustähle
- 2.4.2. Metallurgische Maßnahmen zur Festigkeitssteigerung
- 2.4.3. Technologische Maßnahmen zur Festigkeitssteigerung
- 2.5. Tailored Welded Blanks
- 2.5.1. Einsatz und Eigenschaften geschweißter Halbzeugplatinen
- 2.5.2. Herstellung von Tailored Welded Blanks
- 3. Basis der Potentialbewertung
- 3.1. Ausgewähltes Versuchswerkzeug
- 3.2. Verwendete Werkstoffe
- 3.2.1. TWIP-Stahl
- 3.2.2. Dualphasenstahl
- 3.2.3. Martensitphasenstahl
- 3.3. Aufbau der Tailored Welded Blanks
- 4. Umformsimulationen
- 4.1. Umformsimulationen und Bauteiloptimierung mit AutoForm
- 4.2. Simulationsdurchführung
- 4.3. Ergebnisvariablen zur Potentialbewertung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Abschätzung des Einsatzpotentials von Tailored Welded Blanks (TWBs) auf Basis neu entwickelter TWIP-Stähle im Automobilbau. Die Arbeit befasst sich mit den umformtechnischen Kriterien, die für den Einsatz von TWIP-Stahl in TWBs relevant sind.
- Bewertung des Einsatzpotentials von TWBs auf Basis von TWIP-Stahl
- Analyse des Umformverhaltens von TWBs mit TWIP-Stahl anhand umformtechnischer Kriterien
- Untersuchung des Einflusses der Schweißnaht auf das Umformverhalten von TWBs
- Vergleich der Eigenschaften von TWBs mit Referenzbauteilen aus Einzelblechanwendung und höchstfestem Serienwerkstoff
- Erarbeitung von Empfehlungen für die Weiterentwicklung von TWIP-Stahl und TWBs für den Automobilbau
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1 bietet eine Einführung in die Thematik und erläutert die Motivation für die Arbeit. Kapitel 2 präsentiert den Stand der Technik in Bezug auf die Umformtechnik, die Festigkeitssteigerung von Stahlwerkstoffen und die Verwendung von Tailored Welded Blanks. Kapitel 3 beschreibt die Basis der Potentialbewertung, indem die verwendeten Werkstoffe und das Versuchswerkzeug vorgestellt werden. Kapitel 4 befasst sich mit den durchgeführten Umformsimulationen und deren Ergebnisse, die für die Bewertung des Einsatzpotentials von TWBs auf Basis von TWIP-Stahl relevant sind.
Schlüsselwörter
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit den Themen Tailored Welded Blanks, TWIP-Stahl, Umformtechnik, Festigkeitssteigerung, Schweißnaht, Materialcharakterisierung, Bauteiloptimierung, und AutoForm-Simulationen.
- Arbeit zitieren
- Marc Blumenau (Autor:in), 2006, Einsatz von höchstfestem TWIP-Stahl. Potentialbewertung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/180524
