Beschreibung
P 1133 – Entwicklung vorlochfreier Hybridfügeverfahren für Mischbaustrukturen mit neuartigen Stählen mit Zugfestigkeiten größer 1.800 MPa
Die gesetzlichen Verordnungen den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren veranlasst die Automobilindustrie konsequenten Leichtbau umzusetzen. Die Senkung des CO2-Ausstoßes auf durchschnittlich 95g CO2/km im PKW-Verkehr bis 2020 ist beschlossen. Die Fahrzeugkarosserie bietet mit ihrem über 30%igen Anteil am Gesamtgewicht das größte Umsetzungspotential für Leichtbau, der durch Einsatz von höchstfesten Stählen und auch von anderen Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium realisiert werden kann. Besonders die Mischbauweise aus presshartem Stahl der Güte 22MnB5 und Aluminium in Kombination mit dem Kleben führt zu wirtschaftlichen Leichtbaulösungen. Noch höhere Leichtbaugrade lassen sich dabei durch den Einsatz noch festerer Stähle mit Festigkeiten über 1800 MPa (nachfolgend in diesem Bericht als „UHSS+“ bezeichnet) erzielen. Damit kann eine weitere Reduzierung der Materialdicke erreicht werden, wobei die Bauteilperformance im Wesentlichen erhalten bleibt.
Voraussetzung für eine Bauweise aus UHSS+ in Kombinationen mit Aluminiumstrukturen ist die Einsetzbarkeit einer kosteneffizienten und robusten Fügetechnik. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung vorlochfreier Hybridfügeverfahren für Mischbaustrukturen mit neuartigen Stählen mit Zugfestigkeiten größer 1.800 MPa.
Dazu werden die Verfahren Vollstanznieten, Halbhohlstanznieten, Reibelementschweißen und Widerstandselementschweißen für das Fügen der genannten Materialkombination durch die Anpassung von Prozessparametern, der Werkzeuge sowie der Hilfsfügeteile qualifiziert. Bei den Halbhohlstanznietverfahren werden mithilfe numerisch unterstützter Optimierungen von Matrizen verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung der Verbindungsqualität ermittelt. Die Deformationen beim Vollstanznieten können durch den Einsatz von Staubereichsmatrizen reduziert werden.
Für die Elementschweißverfahren werden hingegen die Prozessparameter so angepasst, dass Schweißungen mit reproduzierbar guten mechanischen Festigkeitseigenschaften möglich sind. Zudem werden mithilfe der lokalen Konditionierung die UHSS+ Blechwerkstoffe so modifiziert, dass die Fügbarkeit auch mit konventionellen mechanischen Fügeverfahren gewährleistet werden kann. Die dargestellten Ergebnisse zum Hybridfügen weisen auf eine gute Kombinierbarkeit der aufgezeigten Verfahren mit der Klebtechnik hin. Das ermittelte Eigenschaftsprofil von Verbindungen aus UHSS+ und der Aluminiumlegierung EN AW-5182 zeigt, dass eine reproduzierbare Verbindungsqualität erreicht werden kann.
Veröffentlichung:
2021
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. G. Meschut , Sc. V. Sartisson
