TY - BOOK

T1 - Die Versagensmechanismen pressgehärteter Stähle im Dreipunkt-Biegeversuch

AU - Benedyk, Katarzyna Bogumila

N1 - nicht gesperrt

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Steigende Anforderungen im Leichtbau machen den Einsatz von presshärtenden Stählen (PHS) immer wichtiger. Neben der hohen Festigkeit ist für das Material im Schadensfall ein ausreichender Widerstand gegen die Bildung und Ausbreitung von Rissen wesentlich. Die “Crashperformance“ wird technologisch mittels eines speziellen Dreipunkt-Biegeversuches geprüft, bei dem ein kritischer Biegewinkel bestimmt wird. Um das Crashverhalten von PHS zu optimieren, wurde in der vorliegenden Arbeit mittels unterbrochener Biegeversuche der Schädigungsverlauf beim Biegen genau studiert. Damit ergibt sich folgendes Bild über den Ablauf des Versagens: In einem ersten Schritt bilden sich kleine Oberflächenrisse und -kerben an der dem Biegestempel gegenüberliegenden, abgeflachten Seite aus. Gleichzeitig bilden sich an diesen Stellen von der Oberfläche ausgehende Scherbänder. Das endgültige Versagen tritt dann über Rissbildung im Bereich der Scherbänder ein. Zusätzliche unterbrochene Dreipunkt-Biegeversuche an anderen hochfesten Stählen zeigten zwei unterschiedliche Versagensmechanismen, die von der Art des Gefüges des Stahles und der Höhe des Verfestigungsexponenten bestimmt werden. Dabei wurde festgestellt, dass nur Materialien mit angelassenem Martensit im Gefüge und kleinem Verfestigungswert von n2-4 ≈ 0.06 die bei PHS beobachteten Versagensphänomene zeigen. Weiters wurde nachgewiesen, dass der Zustand des Gefüges eine wesentliche Rolle bei der Biegefähigkeit von PHS spielt. Durch Anlassen wurde zwar der kritische Biegewinkel verbessert, aber die Zugfestigkeit hat dabei abgenommen. Eine Möglichkeit, die zur entscheidenden Verbesserung der Biegefähigkeit, aber nicht zum Verlust an Zugfestigkeit, führt, besteht in der Entkohlung der Oberflächen. Außerdem wurde versucht, den Einfluss der chemischen Zusammensetzung bei PHS zu optimieren, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Dazu wurden neue, kleintechnisch hergestellte Versuchslegierungen in vier verschiedenen Varianten abgegossen, wobei wahlweise die Gehalte von Aluminium, Mangan, Mangan + Molybdän, sowie Mangan + Molybdän + Niob erhöht wurden. Von diesen Schmelzen besitzen die erst- und letztgenannten Varianten das Potenzial zur weiteren Optimierung und sind daher großtechnisch hergestellt und weiterentwickelt worden.

AB - Steigende Anforderungen im Leichtbau machen den Einsatz von presshärtenden Stählen (PHS) immer wichtiger. Neben der hohen Festigkeit ist für das Material im Schadensfall ein ausreichender Widerstand gegen die Bildung und Ausbreitung von Rissen wesentlich. Die “Crashperformance“ wird technologisch mittels eines speziellen Dreipunkt-Biegeversuches geprüft, bei dem ein kritischer Biegewinkel bestimmt wird. Um das Crashverhalten von PHS zu optimieren, wurde in der vorliegenden Arbeit mittels unterbrochener Biegeversuche der Schädigungsverlauf beim Biegen genau studiert. Damit ergibt sich folgendes Bild über den Ablauf des Versagens: In einem ersten Schritt bilden sich kleine Oberflächenrisse und -kerben an der dem Biegestempel gegenüberliegenden, abgeflachten Seite aus. Gleichzeitig bilden sich an diesen Stellen von der Oberfläche ausgehende Scherbänder. Das endgültige Versagen tritt dann über Rissbildung im Bereich der Scherbänder ein. Zusätzliche unterbrochene Dreipunkt-Biegeversuche an anderen hochfesten Stählen zeigten zwei unterschiedliche Versagensmechanismen, die von der Art des Gefüges des Stahles und der Höhe des Verfestigungsexponenten bestimmt werden. Dabei wurde festgestellt, dass nur Materialien mit angelassenem Martensit im Gefüge und kleinem Verfestigungswert von n2-4 ≈ 0.06 die bei PHS beobachteten Versagensphänomene zeigen. Weiters wurde nachgewiesen, dass der Zustand des Gefüges eine wesentliche Rolle bei der Biegefähigkeit von PHS spielt. Durch Anlassen wurde zwar der kritische Biegewinkel verbessert, aber die Zugfestigkeit hat dabei abgenommen. Eine Möglichkeit, die zur entscheidenden Verbesserung der Biegefähigkeit, aber nicht zum Verlust an Zugfestigkeit, führt, besteht in der Entkohlung der Oberflächen. Außerdem wurde versucht, den Einfluss der chemischen Zusammensetzung bei PHS zu optimieren, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Dazu wurden neue, kleintechnisch hergestellte Versuchslegierungen in vier verschiedenen Varianten abgegossen, wobei wahlweise die Gehalte von Aluminium, Mangan, Mangan + Molybdän, sowie Mangan + Molybdän + Niob erhöht wurden. Von diesen Schmelzen besitzen die erst- und letztgenannten Varianten das Potenzial zur weiteren Optimierung und sind daher großtechnisch hergestellt und weiterentwickelt worden.

KW - 22MnB5 (PHS)

KW - Crashverhalten

KW - Dreipunkt-Biegeversuch

KW - Versagensmechanismen

KW - 22MnB5 (PHS)

KW - crash performance

KW - three-point bend test

KW - damage mechanisms

M3 - Dissertation

ER -