Innovative Sitzbauteile durch Umformen von Mehrphasenstählen

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Friedrich-Alexander-Univ. LFT Lehrstuhl für Fertigungs- technologie

Der schnellen und präzisen Ausgestaltung des Leichtbaukonzepts und der Fertigungsmethode kommt allerdings bei immer kürzer werdenden Innovationszyklen im Fahrzeugbau eine zentrale Bedeutung zu. Vor diesem Hintergrund wurden die umformtechnischen Möglichkeiten der Stahlwerkstoffe analysiert und deren Potenzial für die Anwendung in Sitzstrukturkomponenten erschlossen.

Umform-Analyse umfasst Simulationen und Experimente

Die Analyse erfolgt auf experimenteller und simulativer Ebene, wobei der Prozesssimulation, basierend auf der Methode der finiten Elemente (FEM), eine zentrale Rolle zukommt, um die Prozessschritte robust und sicher auszulegen. Zur effektiven Bauteil- und Prozessauslegung der oben genannten Prozesse erfordert die Computersimulation allerdings grundlegende Kenntnisse und Methoden zur Beschreibung des plastischen Verhaltens und der Formgebungsgrenzen der höherfesten Stahlblechwerkstoffe.

Ein außerordentliches Potenzial zur Steigerung der Festigkeit bei gleichzeitig guter Umformbarkeit konnte in den vergangenen Jahren durch Erforschung und Entwicklung der hoch- und höherfesten Mehrphasenstähle (englisch: Advanced High Strength Steels, kurz: AHSS) erschlossen werden. Das positive mechanische Eigenschaftsprofil wird durch die gezielte Kombination und Abstimmung von harten Phasen, wie beispielsweise Martensit, und weichen Phasen, meistens Ferrit, erzielt.

Projektschwerpunkt auf dem Umformen von Dual- und Complexphasenstählen

Das Gefügedesign bestimmt damit sowohl die umformtechnischen Verarbeitungseigenschaften als auch die Crashperformance. Das Hauptaugenmerk innerhalb des Projekts lag auf der Untersuchung von sogenannten Dual- und Complexphasenstählen (Bild 1).

Dualphasenstahl zeichnet sich durch eine ferritische Matrix mit eingelagerten Martensitinseln aus, woraus das günstige Verfestigungsverhalten und die im Vergleich zu höherfesten mikrolegierten Stählen gesteigerte Duktilität bei Tief- und Streckziehoperationen resultiert. Demgegenüber verfügt ein Complexphasenstahl gewöhnlich über eine sehr feine Gefügestruktur, die als Ursache für das hohe Streckgrenzenverhältnis anzusehen ist und eine hohe Bauteilfestigkeit selbst bei geringer Verformung erwarten lässt. Darüber hinaus erfüllt der Complexphasenstahl mit seiner hohen Gefügehomogenität die Voraussetzung, bei ähnlichem Festigkeitsniveau gegenüber anderen Mehrphasenstählen vergleichsweise hohe lokale Umformgrade versagensfrei zu ertragen, was sich unter anderem bei Biegeoperationen vorteilhaft auswirken kann.

In der Umformbetrachtung stehen Chrash und der Leichtbau

Die umformtechnische Herstellung eines Demonstrators war das wesentliche Ziel des Projekts. Der Auswahlprozess eines solchen Bauteils erfolgte unter Berücksichtigung verschiedener Kriterien, wobei vor allem die geometrische Komplexität, die Ausprägung verschiedener Verformungsanteile, die Crashrelevanz und das Leichtbaupotenzial als wesentliche Kriterien zu nennen sind.

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