Fostabericht P 761 - Analyse und Beschreibung des Umformverhaltens und Restformgebungsvermögens von hochfesten, mehrphasigen StahlwerkstoffenFostabericht P 761 - Analyse und Beschreibung des Umformverhaltens und Restformgebungsvermögens von hochfesten, mehrphasigen Stahlwerkstoffen

P 761 – Analyse und Beschreibung des Umformverhaltens und Restformgebungsvermögens von hochfesten, mehrphasigen Stahlwerkstoffen

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P761

ISBN: 978-3-942541-15-2 Artikelnummer: P761 Kategorien: ,

Beschreibung

P 761 – Analyse und Beschreibung des Umformverhaltens und Restformgebungsvermögens von hochfesten, mehrphasigen Stahlwerkstoffen

Zielsetzung des Forschungsvorhabens war es, das Umformverhalten und das Restformgebungsvermögen hochfester, mehrphasiger Stahlwerkstoffe im Hinblick auf die umformtechnische Herstellung sicherheitsrelevanter Strukturbauteile im Automobilbereich grundlegend zu untersuchen. Aufgrund des hohen Anwendungspotenzials wurden hierzu die Complexphasenstähle HCT780C (CP-K60/80), 1.0954, und HDT780C (CP-W800), 1.0957, sowie der Restaustenitstahl HCT690T (TRIP700), 1.0947, ausgewählt. Das Hauptaugenmerk lag auf der Analyse des dehnungspfadabhängigen Formänderungsvermögens und der Formgebungsgrenzen.
Zunächst wurde das plastische Verhalten der Versuchswerkstoffe im Rahmen der Werkstoffcharakterisierung in Abhängigkeit des bei der Umformung wirkenden Spannungszustands untersucht. Auf Basis der experimentellen Daten bezüglich des Fließ- und Verfestigungsverhaltens sowie der  Grenzformänderungskurve bei gleichmäßiger Belastung wird einenumerische Abbildung der erzielbaren Grenzformänderung unter Berücksichtigung komplexer Lastpfade mit der Software CrachLAB (Fa. MATFEM, München) realisiert.
Im zweiten Schritt wurden in Zusammenarbeit mit den Industriepartnern ausgehend von Realbauteilen mit komplexer Geometrie bestimmte Umformsequenzen und Dehnungspfade definiert. Diese wurden zunächst im Labormaßstab im Hinblick auf die während der Umformung auftretenden Dehnungspfade analysiert. Hierzu wurde ein Versuchsplan erarbeitet, mit dessen Hilfe in Modellversuchen den Realprozessen vergleichbare Bedingungen nachgestellt werden können.
Parallel zu den experimentellen Untersuchungen werden die Umformsequenzen und das resultierende  Restformgebungsvermögen mit CrachLAB rechnerisch ermittelt und vergleichend gegenübergestellt. Alle Werkstoffe zeigen bei den durchgeführten Untersuchungen im zweiten Umformschritt unter ebener Beanspruchung ein duktiles Versagensverhalten mit beachtlichem Restformgebungsvermögen, unabhängig von der gewählten Umformgeschichte, was als positiv zu bewerten ist.
Abschließend wurde die Übertragbarkeit der Erkenntnisse aus Werkstoffcharakterisierung und Modellversuchen anhand eines Realbauteiles in Form eines Kreuznapfes untersucht. Das Umformvermögen und das Versagensverhalten wurden numerisch in der FE-Umformsimulation abgebildet und der Einfluss von  Werkzeugparametern und Platinengeometrie im Kontext der örtlich vorliegenden Umformgeschichte analysiert. Auf Grundlage der numerischen Untersuchungen ist zur prozesssicheren Auslegung der Bauteile ein konservativer Ansatz zu empfehlen. Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen deuteten darauf hin, dass in den kritischen Bereichen eine Auslegung nach zeitlich ausgewerteter FLC anwendbar ist und somit eine verbesserte Formgebung und eine Reduzierung des Restformgebungsvermögens realisierbar sind. Sowohl einstufige Umformversuche am Demonstratorbauteil, als auch mehrstufige Umformungen mit der Ausbildung nicht-linearer Dehnpfade zeigten bezüglich der Umformhistorie und des entsprechenden Versagensverhaltens Analogien zu den Modellversuchen.
Das Forschungsvorhaben führte insgesamt zu einer Vertiefung des Prozessverständnisses für Umformprozesse an den mehrphasigen Werkstoffen. Damit wird eine grundlegende Bewertung der Versagensmechanismen derartiger Werkstoffe in der Finite-Elemente Simulation und damit eine werkstoff- und prozessgerechte Auslegung von Umformvorgängen möglich.
Das Forschungsprojekt wurde am Lehrstuhl für Fertigungstechnologie der Universität Erlangen-Nürnberg mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt.

Autoren:
M. Merklein, T. Gnibl, M. Kaupper, A. Kuppert, R. Lupino

Veröffentlichung:
2012