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HSD®-Stahl: Umformverhalten

18.07.2012

HSD®-Stahl: Umformverhalten

18.07.2012

Bild 1: Grenzformänderungskurve im Vergleich
Bild 2: Fließspannungen im Vergleich
Bild 3: Härtewerte am Napf (Stempeldurchmesser: 33 mm, Ziehverhältnis: 2,1)

Bei der Entwicklung hoch- und höchstfester Stähle wurden große Anstrengungen unternommen, das etablierte Eigenschaftsspektrum hinsichtlich Festigkeit und Verformbarkeit zu erweitern beziehungsweise zu verbessern. Einen großen Technologiesprung brachte die Entwicklung von Stählen, welche auf einem Fe-Mn-Al-Si-Legierungssystem basieren – sogenannte TWIP-Stähle (TWinning Induced Plasticity - Stähle).
Ein derartiger dichtereduzierter, duktiler und höchstfester Stahl, ist der HSD®-Stahl (High Strength and Ductility Stahl) der Salzgitter Flachstahl. Der HSD®-Stahl besitzt ein Zugfestigkeitsniveau von 1000 MPa kombiniert mit einer Bruchdehnung von über 50 Prozent und einer Gleichmaßdehnung von 45 Prozent. Gleichzeitig ist die Dichte um fünf Prozent reduziert.
Bisher wurde über die Eigenschaften von HSD® berichtet. In diesem Teil der Artikelserie wird das Umformvermögen des neuen Stahls betrachtet.

Zur Bestimmung der Umformbarkeit sind die Kennwerte des Lochaufweitvermögens, des Grenzziehverhältnisses und der erreichbaren Grenzformänderungen weit verbreitet. Letztere werden in der Grenzformänderungskurve dargestellt (Bild 1).

Im Vergleich ist ein HSD®-Stahl den modernen höchstfesten Stählen auf dem Gebiet der Umformbarkeit weit überlegen und zeichnet sich durch

• ein hohes Grenzziehverhältnis von 2,1,
• ein hohes Lochaufweitvermögen für diese Festigkeitsklasse von 60 Prozent (nach ISO 16630) und
• hohe Grenzformänderungen auf dem Niveau von Tiefziehstählen aus.

Das hohe Verfestigungspotential eines HSD®-Stahls kann exemplarisch an der im Bild 2 dargestellten Fließkurve abgelesen und in Bauteilversuchen real nachgewiesen werden. Beispielsweise erreichen aus HSD®-Stahl umgeformte Näpfe (Stempeldurchmesser: 33 mm, Ziehverhältnis: 2,1) am oberen Napfrand Härtewerte von 500 HV0,5 (Bild 3, Messposition 1). Mit derart erreichbaren Härtewerten könnte bei bestimmten hochbeanspruchten Bauteilen, der für Vergütungsstähle eingesetzte, teure Härteprozess mit seinen Unzulänglichkeiten beim Thema Maßhaltigkeit, eingespart werden. Auch das Potential einer Blechdickenreduktion, aufgrund der erreichbaren hohen Bauteilfestigkeiten, ist durch das hohe Verfestigungspotential eines HSD®-Stahls gegeben.

Neben dem Thema der erhöhten Rückfederung ist in der Umformtechnik das Thema der wasserstoffinduzierten Spannungsrisse bei TWIP-Stählen ein Thema mit dem der Anwender sich, wie auch bei anderen höchstfesten Stahlsorten, intensiv auseinandersetzen muss.
Ein HSD®-Stahl im Legierungssystem Fe-Mn-Al-Si ist frei von verzögerter Rissbildung („Delayed Fracture“, wasserstoffinduzierte Spannungsrisse) und besitzt eine hohe Resistenz gegenüber wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion.

Mit diesen außergewöhnlichen Eigenschaften bieten sich durch den Einsatz von HSD®-Stahl weiterführende Möglichkeiten, um vorzugsweise an crashbeanspruchten Bauteilen erhebliche Gewichtsreduzierungspotentiale zu realisieren.

Weitere Einsatzpotentiale ergeben sich für einen HSD®-Stahl unter folgenden Gesichtspunkten:

  • HSD®-Stähle mit erhöhten Dehngrenzen (Rp0.2: > 1100 MPa, A80: > 16 %) können pressgehärtete Bauteile substituieren, 
  • Durch die außergewöhnliche Duktilität der HSD®-Stähle ist eine hohe Funktionsintegration bei Pressteilen möglich und Bauteilintegration von zwei oder mehreren Bauteilkomponenten zu einem Bauteil denkbar, 
  • HSD®-Stähle ermöglichen die Reduzierung der notwendigen umformtechnischen Fertigungsschritte sowie 
  • die Substitution eines Härteprozesses durch die Nutzung des enormen Verfestigungspotentials während eines Umformprozesses.