Transferprojekt T02 – Sonderforschungsbereich 1368: Sauerstofffreie Produktion

Ausgangslage

Im PKW-Karosseriebau werden weltweit rund 500 Millionen formgehärtete Bauteile zur Steigerung der Crash-Sicherheit eingesetzt. Hierfür werden Mangan-Bor-Stähle verwendet, die zunächst unter hohem Energieeinsatz in erdgasbetriebenen Rollenherdöfen auf 950 °C erwärmt werden müssen, bevor die Bleche dann in das wassergekühlte Warmformwerkzeug transferiert und in einem Prozessschritt zu Bauteilen umgeformt und gehärtet werden. Im Teilprojekt A04 wird hierfür eine alternative Erwärmungsmethode erforscht, bei der die Bleche unter Einleitung eines elektrischen Stroms innerhalb von Sekunden auf Zieltemperatur gebracht werden. Durch diese konduktive Erwärmung lässt sich der Primärenergiebedarf um über 70 % verringern und zudem die unerwünschte Zunderbildung durch die Verwendung einer silandotierten Schutzgasatmosphäre („XHV-adäquat“) vollständig unterdrücken.

Ein aktueller Trend der letzten Jahre ist die Einstellung von lokal angepassten Werkstoffeigenschaften bei den Mangan-Bor-Stählen, um insbesondere das Energieaufnahmevermögen der Bauteile im Crash zu verbessern. Die hierfür notwendige Festigkeitssteigerung ist allerdings mit einem Verlust an Duktilität verbunden. Um letztere zu erhöhen, werden werkstoff- oder prozessseitig bereits unterschiedliche Konzepte genutzt („TRIBOND“- bzw. “Ductibor“-Werkstoffe, Tailored Tempering), die allerdings mit einem signifikanten Verlust an Festigkeit verbunden sind.

Ziele

Ziel des Transferprojekts ist die Leistungssteigerung von formgehärteten Mangan-Bor-Stählen durch gleichzeitige Erhöhung von Festigkeit und Duktilität, was durch die Kombination einer duktilitätssteigernden Randschichtentkohlung der Mangan-Bor-Stähle und der konduktiven Erwärmung erreicht werden soll. Die Randschichtentkohlung soll nicht wie konventionell üblich in Wasserstoff, sondern in silandotierter Stickstoffatmosphäre erfolgen, was eine signifikante Energieeinsparung für die Entkohlung in Aussicht stellt nebst Erhöhung der Arbeitssicherheit. Die sekundenschnelle konduktive Bauteilerwärmung unter XHV-adäquater Atmosphäre ist dabei essentiell, damit die duktilitätssteigernde Randschicht nicht verzundert und gleichzeitig ein festigkeitsreduzierendes Kornwachstum im Werkstoffgefüge vermieden werden kann. Beide Effekte zusam-men sollen zur maximal möglichen Leistungssteigerung von Mangan-Bor-Stählen führen.

Die Werkstoffeigenschaften sollen gezielt für den jeweiligen Anwendungsfall eingestellt werden können. Im Rahmen des Transferprojekts soll eine automatisierte Prozesskette aufgebaut werden, um definierte Platinentransferzeiten zu gewährleisten. Es sollen Strategien zur Randschichtentkohlung, zur konduktiven Erwärmung und deren Zusammenwirkung entwickelt werden, um ein breites Eigenschaftsspektrum einstellen zu können. Aus den Forschungsdaten wird ein empirisches Modell aufgestellt, um die Bauteileigenschaften in Abhängigkeit der Prozessparameter beschreiben zu können. Im Projekt wird mit unbeschichtetem Werkstoff gearbeitet. Im Teilprojekt A04 werden im aktuellen Förderzeitraum Al- und Zn-Blechbeschichtungen erforscht, die als Anwendungsausblick zusätzlich auf die leistungsgesteigerten Bleche aus dem geplanten Transferprojekt aufgetragen werden können.