P 1018 – Charakterisierung und Modellierung der Beeinflussung des Bauteilverhaltens durch Erweichungszonen an Schweißpunkten höchstund ultrahochfester Stähle unter Crashbelastung

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Im Automobilbau werden verstärkt hochfeste Stähle in dünnen Blechdicken aus Leichtbaugründen zur Steigerung der Energieeffizienz sowie zur Erhöhung der passiven Sicherheit bei gleichzeitiger Ressourcenschonung eingesetzt. Aktuell und auch zukünftig wird das etablierte und hoch automatisierbare Widerstandspunktschweißen verwendet, um die einzelnen Bauteile aus diesen höchstfesten Stählen zur tragenden Struktur zu verbinden. Beim Punktschweißen bilden sich durch Anlasseffekte Erweichungszonen in hochfesten Stählen aus, die die Bauteilintegrität gefährden können.

Ziel des Forschungsvorhabens ist, einen allgemeingültigen Zusammenhang aufzustellen, der die Reduktion der Festigkeit punktgeschweißter hochfester Bleche in Abhängigkeit der geometrischen Abmessungen der Erweichungszone und des Festigkeits-Mismatch der Verbindung beschreibt. Durch numerische Prozesssimulation des Punktschweißens werden die Einflüsse der Schweißparameter auf die Ausbildung der Erweichungszone untersucht und experimentell verifiziert. Punktschweißverbindungen mit geometrisch unterschiedlicher Ausbildung der Erweichungszone werden hergestellt und deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des geschweißten Stahlblechs gezeigt. Dies wird an pressgehärtetem 22MnB5 und am Komplexphasenstahl HCT980C untersucht. Mit der KS-2-Versuchtechnik wird überprüft, welchen Einfluss Erweichungszonen auf die Kopfzug und Scherzugtragfähigkeit der Schweißpunkte haben. Mit diesen Versuchen und der Charakterisierung der Erweichungszone werden Modellierungsempfehlungen für Schweißpunktersatzmodelle für die Crashsimulation aufgestellt und durch Simulation der durchgeführten Musterbauteilversuche und T-Stoßversuche validiert.
Die Härtemessungen im Querschliff der Schweißpunkte in den hochfesten Stählen HCT1180X, HCT980X und HTC980C zeigen alle Härtereduktionen, d.h. Erweichungszonen, ne-ben den Schweißpunkten. In Zug-und Durchstoßversuchen mit Proben, die im Prüfbereich Schweißpunktgefüge mit Erweichungszone enthielten, zeigte insbesondere HCT1180X die größte Festigkeits- und Bruchdehnungsreduktion, während bei HCT980C und HCT980X die Zugfestigkeit nicht, aber die Bruchdehnung sich deutlich reduziert hat. Wenn in Bauteilversuchen mit Biege- und überlagerter Zugbelastung die Rissinitiierung in der Erweichungszone eines Schweißpunkt erfolgt, breitet sich der Riss bei weiterer Belastung in den Grundwerkstoff aus.

Diese Ergebnisse fließen in eine Simulationsmethodik zur Bewertung der Rissbildung in Erweichungszonen ein. Damit werden Stahlanwender in Konstruktion und Berechnung in die Lage versetzt, Aussagen über die Beanspruchbarkeit von punktgeschweißten Konstruktionen aus höchst- und ultrahochfesten Stählen treffenzu können. Dies ermöglicht eine effiziente und wirtschaftliche Entwicklung punktgeschweißter Komponenten aus höchstfesten Stählen und trägt dadurch zur Qualifizierung dieser Stähle für neue punktgeschweißte Leichtbaukomponenten bei.
Das IGF-Vorhaben 17991 N der FOSTA –Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg, am Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn und an der Materialprüfungsanstalt MPA, Stuttgart, durchgeführt.

ISBN: 978-3-946885-50-4 Kategorie:

Beschreibung

P 1018 – Charakterisierung und Modellierung der Beeinflussung des Bauteilverhaltens durch Erweichungszonen an Schweißpunkten höchstund ultrahochfester Stähle unter Crashbelastung