Zurück zu hochwertigen Stahlbauteilen
UHSS stellt eine auf der Hand liegende Lösung in Bezug auf eine optimierte Crash-Performance beim Einsatz für Bauteile in der Fahrzeugindustrie dar. Die während der Umformung erforderlichen extremen (thermomechanischen) Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck reduzieren jedoch die Werkzeugstandzeiten deutlich und steigern die Produktkosten. Das Material steht deshalb in harter Konkurrenz zu den leichten Verbundwerkstoffen, die einfach zu bearbeiten sind und oftmals aus Ländern außerhalb der EU importiert werden. Ein großes Konsortium von Partnern aus Industrie und Forschung ging diese Herausforderung an und konnte dabei auf die EU-Finanzmittel des Projekts "Development of new tool materials with tailored thermomechanical properties" (TAILORTOOL) zählen. Die Forscher beabsichtigten, die Werkzeugleistung über die Entwicklung neuartiger funktional abgestufter Materialien (Gradientenwerkstoffe, functionally graded material, FGM) zu steigern. Diese funktional abgestuften Materialien sind je nach Anwendung durch eine allmähliche Veränderung entweder der thermischen Leitfähigkeit oder der Mikrostruktur gekennzeichnet. Die Wissenschaftler konnten außerdem die Produkte selbst durch die Einführung der neuartigen Materialien bei den Bearbeitungswerkzeugen wunschgemäß anpassen. Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf vier verschiedenen Materialien und Verfahren zum Heißprägen, Warmschmieden (Warmumformung), Hochdruckgießen und Kaltumformen. Die verarbeiteten Materialien bestanden aus ultrahochfestem Stahl, gehärteten Qualitätsstahlblechen der Güteklasse B und Leichtmetalllegierungen. Informationen über die thermomechanischen Effekte an im Betrieb befindlichen Industriewerkzeugen stehen nicht ohne weiteres zur Verfügung. Die Wissenschaftler entwickelten deshalb spezielle Sensoren mit schnellen Reaktionszeiten, um erstmals den Wärmefluss und die lokale Temperatur an der Kontaktzone genau zu messen. Die Daten wurden in Finite-Elemente-Simulationen eingespeist, um Materialien und Eigenschaften der Werkzeuge zu optimieren. Die Forscher entwickelten für die vorgegebenen Fertigungsprozesse drei verschiedene Material- und Werkzeugfamilien. Diese wurden speziell maßgeschneidert, um Werkzeugleistung, Prozesseffizienz und Produktqualität zu verbessern. Die thermischen Eigenschaften wurden ausgewählt, um die Widerstandskraft gegen die thermische Ermüdung zu verbessern oder das Heißprägen zur Fertigung von Komponenten mit funktional abgestuften Eigenschaften zu ermöglichen. Die mechanischen Eigenschaften wurden auf dem Wege einer verbesserten Mikrostruktur und den Einsatz von harten Partikeln optimiert, um die Widerstandskraft gegen mechanische Beschädigungen zu erhöhen. Das TAILORTOOL-Projekt lieferte neuartige Materialien für Bearbeitungswerkzeuge, die den zur Umformung von ultrahochfesten Stählen erforderlichen extremen thermochemischen Bedingungen standhalten können. Diese Entwicklungen werden zweifellos starke positive Auswirkungen auf die Stahlindustrie und auf die Hersteller sowie auch auf das Crash-Verhalten unserer zukünftigen Autos haben.
