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
Diese Diplomarbeit bewertet das Einsatzpotential von Tailored Welded Blanks (TWBs) aus neu entwickelten TWIP- Stählen anhand umformtechnischer Kriterien. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Erprobung einer Mischkombination aus TWIP- und DP-Stahl. Die Arbeit untersucht die Schweißbarkeit von TWIP-Stahl und den Einfluss der Schweißnaht auf das Umformverhalten.
- Bewertung des Einsatzpotentials von TWBs aus TWIP-Stahl
- Untersuchung des Umformverhaltens von TWIP-Stahl-Schweißverbindungen
- Charakterisierung der Eigenschaften der Schweißnaht
- Vergleich der Bauteileigenschaften mit Referenzbauteilen
- Erprobung einer Mischkombination TWIP/DP-Stahl
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einführung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Diplomarbeit ein und erläutert die Motivation für die Untersuchung des Einsatzpotentials von TWIP-Stahl in Tailored Welded Blanks (TWBs) im Automobilbau. Es werden die Herausforderungen hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Insassenschutz angesprochen und die Vorteile von hochfesten Werkstoffen, insbesondere TWIP-Stähle, hervorgehoben. Die Zielsetzung und die Vorgehensweise der Arbeit werden klar definiert, um den Rahmen und den Ablauf der Untersuchung darzulegen.
2. Stand der Technik: Dieses Kapitel bietet einen umfassenden Überblick über den aktuellen Stand der Forschung und Technik in den relevanten Bereichen. Es werden die theoretischen und technologischen Grundlagen der Umformtechnik, einschließlich Tiefziehen, Streckziehen und Warmumformung, detailliert beschrieben. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf den Grundlagen der Umformsimulation mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) und der Modellierung des Materialverhaltens. Schließlich werden die verschiedenen Ansätze zur Festigkeitssteigerung bei Stahlwerkstoffen und die Eigenschaften von Tailored Welded Blanks (TWBs) diskutiert, um den Kontext der Untersuchung zu schaffen.
3. Basis der Potentialbewertung: In diesem Kapitel werden die methodischen Grundlagen der Potentialbewertung erläutert. Es wird das verwendete Versuchswerkzeug beschrieben und die Eigenschaften der ausgewählten Werkstoffe (TWIP-Stahl, Dualphasenstahl, Martensitphasenstahl) detailliert dargestellt. Der Aufbau der untersuchten Tailored Welded Blanks wird genau spezifiziert, um die Grundlage für die folgenden Untersuchungen zu legen. Dieser Abschnitt legt die experimentelle Grundlage für die Bewertung des Einsatzpotentials von TWIP-Stahl in TWBs.
4. Umformsimulationen: Dieses Kapitel beschreibt die durchgeführten Umformsimulationen mit der Software AutoForm zur Optimierung der Bauteile. Die Simulationsdurchführung wird detailliert dargestellt, einschließlich der verwendeten Parameter und Randbedingungen. Die Ergebnisse der Simulationen, insbesondere die relevanten Ergebnisvariablen für die Potentialbewertung, werden präsentiert und interpretiert. Dieser Teil der Arbeit nutzt computergestützte Methoden zur Vorhersage des Umformverhaltens und zur Optimierung des Designs der TWBs.
Schlüsselwörter
TWIP-Stahl, Tailored Welded Blanks (TWBs), Umformtechnik, Hochfeststahl, Schweißbarkeit, Finite-Elemente-Methode (FEM), Umformsimulation, AutoForm, Dualphasenstahl, Martensitphasenstahl, Bauteilfestigkeit, Leichtbau, Insassenschutz.
Häufig gestellte Fragen zur Diplomarbeit: Einsatzpotential von Tailored Welded Blanks (TWBs) aus TWIP-Stählen
Was ist das Thema dieser Diplomarbeit?
Die Diplomarbeit bewertet das Einsatzpotential von Tailored Welded Blanks (TWBs) aus neu entwickelten TWIP-Stählen im Hinblick auf umformtechnische Kriterien. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung einer Mischkombination aus TWIP- und DP-Stahl und dem Einfluss der Schweißnaht auf das Umformverhalten.
Welche Aspekte werden in der Arbeit untersucht?
Die Arbeit untersucht die Schweißbarkeit von TWIP-Stahl, das Umformverhalten von TWIP-Stahl-Schweißverbindungen, die Eigenschaften der Schweißnaht und vergleicht die Bauteileigenschaften mit Referenzbauteilen. Es wird auch eine Mischkombination aus TWIP- und DP-Stahl geprüft.
Welche Kapitel umfasst die Arbeit?
Die Arbeit gliedert sich in vier Kapitel: 1. Einführung (Motivation, Zielsetzung, Vorgehensweise); 2. Stand der Technik (theoretische und technologische Grundlagen der Umformtechnik, Umformsimulation, Festigkeitssteigerung bei Stahlwerkstoffen, Tailored Welded Blanks); 3. Basis der Potentialbewertung (Versuchswerkzeug, verwendete Werkstoffe, Aufbau der TWBs); 4. Umformsimulationen (Simulation mit AutoForm, Simulationsdurchführung, Ergebnisvariablen).
Welche Werkstoffe werden verwendet?
Die Arbeit verwendet TWIP-Stahl, Dualphasenstahl (DP-Stahl) und Martensitphasenstahl. Ein Schwerpunkt liegt auf der Kombination von TWIP- und DP-Stahl in den TWBs.
Welche Simulationsmethoden werden eingesetzt?
Die Umformsimulationen werden mit der Software AutoForm durchgeführt, basierend auf der Finite-Elemente-Methode (FEM).
Welche Ziele werden verfolgt?
Die Hauptziele sind die Bewertung des Einsatzpotentials von TWBs aus TWIP-Stahl, die Untersuchung des Umformverhaltens von TWIP-Stahl-Schweißverbindungen, die Charakterisierung der Schweißnaht-Eigenschaften und der Vergleich mit Referenzbauteilen. Die Erprobung einer Mischkombination aus TWIP- und DP-Stahl ist ein weiterer wichtiger Aspekt.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
TWIP-Stahl, Tailored Welded Blanks (TWBs), Umformtechnik, Hochfeststahl, Schweißbarkeit, Finite-Elemente-Methode (FEM), Umformsimulation, AutoForm, Dualphasenstahl, Martensitphasenstahl, Bauteilfestigkeit, Leichtbau, Insassenschutz.
Welche Software wird in der Arbeit eingesetzt?
Die Arbeit nutzt die Software AutoForm für die Durchführung der Umformsimulationen.
Was sind Tailored Welded Blanks (TWBs)?
Tailored Welded Blanks sind geschweißte Halbzeugplatinen, die aus verschiedenen Stahlsorten mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehen. Dies ermöglicht eine gezielte Anpassung der Bauteileigenschaften an die jeweiligen Anforderungen.
Warum ist die Untersuchung von TWIP-Stahl relevant?
TWIP-Stähle sind hochfeste Werkstoffe mit einem hohen Potential für den Leichtbau im Automobilbau. Ihr Einsatz kann zu einer Gewichtsreduktion und damit zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch beitragen, gleichzeitig aber auch den Insassenschutz verbessern.
- Arbeit zitieren
- Marc Blumenau (Autor:in), 2006, Einsatz von höchstfestem TWIP-Stahl. Potentialbewertung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/180524
