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Lokale Wärmebehandlung mit Laserstrahlung zur Verbesserung der Umform- und Funktionseigenschaften von hochfesten Stählen

ISBN: 978-3-86359-162-5

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Kurzübersicht

Durch eine Laserstrahl-Wärmebehandlung umformkritischer Bereiche von hochfesten Stahlplatinen (>1000 MPa) kann die Bruchdehnung lokal verfünffacht werden. Bauteile aus 50 % festerem Stahl als bisher möglich können so kalt umgeformt werden. Zusammenhänge zwischen den Verfahrensparametern und den Werkstoffeigenschaften werden für vier Werkstoffe erarbeitet, Demonstratorbauteile werden hergestellt und analysiert. Das Verfahren ist auch zur lokalen Entfestigung pressgehärteter Bauteile geeignet.

Lokale Wärmebehandlung mit Laserstrahlung zur Verbesserung der Umform- und Funktionseigenschaften von hochfesten Stählen

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Details

Die Verwendung hochfester Stähle im Automobilbau ermöglicht durch Reduzierung der Blechdicke Gewichtseinsparungen, ohne Kompromisse bei den Crasheigenschaften eingehen zu müssen. Ein großes Hindernis ist bisher die eingeschränkte Kaltumformbarkeit der hochfesten Stähle im Vergleich zu herkömmlichen Tiefziehstählen, insbesondere bei Festigkeiten über 1000 MPa. Mit einer Laserstrahl-Wärmebehandlung können umformkritische Bereiche von Platinen lokal durch eine Gefügeumwandlung entfestigt werden. Die wärmebehandelten Bereiche weisen im Zugversuch eine bis zu fünffach größere Bruchdehnung auf, so dass kritische Bereiche riss- und einschnürungsfrei kalt umgeformt werden können.

Alternativ zur Kaltumformung wird durch Presshärten, einen kombinierten Warmumform- und Härteprozess, eine hohe Festigkeit auch bei großer Bauteilkomplexität erreicht. Bei vielen Bauteilen ist aber keine durchgehend hohe Festigkeit erwünscht. In Deformations- und Fügezonen ist oftmals eine größere Duktilität erforderlich, was durch eine lokale Laserstrahl-Wärmebehandlung eingestellt werden kann.

In dieser Dissertation werden grundlegende Erkenntnisse zum Werkstoffverhalten und zur Verfahrenstechnik der Laserstrahl-Wärmebehandlung von hochfesten Stählen erarbeitet. Dazu wird ein Hochleistungsdiodenlaser (max. 10 kW) mit Laserspotbreiten bis zu 90 mm Breite verwendet. Die Zusammenhänge zwischen den Verfahrensparametern, den aufgeprägten Temperatur-Zeit-Verläufen, dem Gefüge, der Härte und den mechanischen Kennwerten werden für vier verschiedene Werkstoffe ermittelt: CP-W®800, Docol®1200 und MS-W®1200 werden für die Kaltumformung und 22MnB5 für pressgehärtete Bauteile eingesetzt. In Korrosionstests und in Streifenzugversuchen wird die Eignung unterschiedlicher Beschichtungen für die Automobilindustrie untersucht.

Das Verfahren wird an Demonstratorbauteilen getestet und diese hinsichtlich ihrer Funktionseigenschaften wie z.B. Festigkeit, Crashverhalten und Geometrieabweichungen analysiert. Durch die lokale Laserstrahl-Wärmebehandlung können z.B. B-Säulen aus 50 % festeren Stählen als bisher kalt umgeformt werden, diese können im Crashtest größere Kräfte aufnehmen. Bei pressgehärteten Bauteilen kann die Bruchdehnung in gewünschten Bereichen von unter 5 auf über 18 % vergrößert werden. Mit 10 kW Laserleistung ist in Abhängigkeit der Beschichtung eine maximale Flächenrate von bis zu 15 cm²/s möglich, die Energiekosten pro Bauteil liegen im einstelligen Eurocent-Bereich (Stand 2012).

Zusatzinformation

Autor Bergweiler, Georg
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-162-5
Gewicht 0.300 kg
Erscheinungsdatum 29.11.2013
Lieferzeit 3-4 Tage
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