Laserverfestingen

Lokale Verfestigung von Stahlblechen als Leichtbautechnik

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Lokales Laserverfestigen bringt einen höheren Deformationswiderstand

Die so behandelten Zonen erwärmen sich oder schmelzen sogar auf und erstarren anschließend. Die Wärme wird schnell ins angrenzende kalte Material abgeleitet, wodurch sich die Spur rasch abkühlt. Dadurch entstehen harte Phasen und der Werkstoff wird deutlich verfestigt.

Erreicht wurden dabei Festigkeiten bis zu 1500 MPa. Das entspricht etwa dem Zweifachen des unverfestigten Grundwerkstoffs. Vor allem vordere und hintere Stoßträger am Fahrzeug sowie B-Säulen und diverse Versteifungsprofile können so gewichts- und belastungsoptimiert gestaltet werden.

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Crashbelastungen bewirken komplexe Hochgeschwindigkeits-Deformationen im Bauteil. Durch das lokale Laserverfestigen streben die Wissenschaftler einen höheren Deformationswiderstand an.

Computer-Simulationstests bilden die Praxis ab

Zugleich lässt sich das Versagensverhalten beeinflussen, indem die Position der ersten plastischen Deformation vorgegeben wird. Damit dies gelingt, müssen die Forscher die optimale Lage und Geometrie der Verfestigungsspuren ermitteln. Sollen die Spuren spitz, schräg oder längs verlaufen? Wie muss das Material beschaffen sein, um die schwer deformierbare Verfestigungszone zu optimieren? Das können die Forscher in Simulationstests am Computer feststellen. Versuch und Simulation weichen dabei nur um wenige Millimeter voneinander ab.

Mithilfe der numerischen Simulation haben die Wissenschaftler ein crashoptimiertes Spurdesign für eine Biegebelastung entwickelt, wie sie beispielsweise beim Frontalaufprall auf einen Baum oder beim Seitencrash auftreten kann. Unter Einsatz des Lasers wurde das Spurdesign auf reale Bauteile übertragen. Dabei konnten sie die Durchbiegung eines lokal laserverfestigten Rohrprofils (Bild 2) im Vergleich zur Referenz halbieren – und das, obwohl etwa nur 3 % des Bauteilvolumens lokal verfestigt wurden. Die Crashperformance wurde verdoppelt.

Im Kundenauftrag haben die Forscher des IWS das Verfahren bereits auf die verschiedensten Crashprofile und Sitzkomponenten angewendet. Durch die neue, belastungsgerechte Gestaltung können sie die Wandstärke deutlich reduzieren und damit bis zu 20 % Bauteilgewicht einsparen, ohne dabei die Crashsicherheit zu vernachlässigen.

Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler ihre Technologie durch ein automatisiertes Optimieren der Spurgeometrie perfektionieren.

MM

* Markus Wagner ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in 01277 Dresden

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