TY - BOOK

T1 - Verformung und Bruch von modernen, hochfesten Multiphasenstählen

AU - Kapp, Marianne

N1 - nicht gesperrt

PY - 2011

Y1 - 2011

N2 - Im Automobilbau ist man bestrebt, immer höherfestere Stähle einzusetzen, um durch den Einsatz dünnerer Bleche eine Gewichtsverringerung zu erreichen. Die Steigerung der Festigkeit darf aber nicht auf Kosten der Umformbarkeit bei der Herstellung und der Sicherheit gehen. Um diesen Forderungen gerecht zu werden, wurden neue Werkstoffkonzepte auf Basis der sogenannten „Multiphasenstähle“ entwickelt. Eine wichtige Gruppe unter ihnen sind die Dualphasen (DP) – Stähle. Sie bestehen aus den mechanisch sehr unterschiedlichen Phasen Ferrit (weich) und Martensit (hart). Complexphasen (CP) – Stähle hingegen bestehen aus mehreren, mechanisch ähnlichen Phasen, mit Bainit oder Martensit als Matrixphase. DP-Stähle zeigen eine sehr gute Kombination aus hoher Dehnung bei gleichzeitig hoher Festigkeit, allerdings neigen sie während der Umformung, z.B. bei engen Radien und im Crashversuch zu Rissbildung. CP – Stähle weisen bei etwa gleicher Festigkeit und etwas geringerer Dehnung im Zugversuch eine deutlich höhere Widerstandsfähigkeit gegen Rissbildung auf. Eine Weiterentwicklung der Stähle ist nur möglich, wenn man die Ursachen für die Diskrepanz im Verformungs- und Bruchverhalten dieser beiden Stahlsorten kennt. Ziel der Arbeit war es deshalb, ein umfassendes Verständnis über den Einfluss der unterschiedlichen Mikrostruktur auf das Umformverhalten zu erarbeiten und so Hinweise zu verbessertem Mikrostrukturdesign im Sinne einer optimalen Kombination aus Dehnung, Festigkeit und Umformverhalten zu erlangen. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf zwei Stähle, einen DP 1000 und einen CP 1000, die genau die gleiche chemische Zusammensetzung haben und im Zugversuch sehr ähnliche Festigkeiten von etwa 1000 MPa zeigen. Zusätzlich werden ein DP – Stahl mit geringerer Festigkeit (DP 600) und ein CP – Stahl mit höherer Festigkeit (CP 1200) untersucht. Die Charakterisierung der unterschiedlichen Verhaltensweisen erfolgte mittels der Kombination zweier Methoden: der Bruchmechanik und der Methode der lokalen Verformungsanalyse. Das Bruchverhalten wurde mit einem auf dünne Bleche angepassten Test beschrieben, wobei das kritische J-Integral und die kritische Rissöffnungsverschiebung bestimmt wurden. Die Bruchzähigkeit wurde mit Ergebnissen aus konventionellen mechanischen und technologischen Versuchen verglichen (Zug-, Schwertbiege-, Lochaufweitungs- und Lochzugversuch). Ergänzend wurden Schädigungs- und Bruchflächenanalysen im Rasterelektronenmikroskop (REM) durchgeführt. Das lokale Verformungsverhalten wurde mittels in-situ Zug- und Bruchmechanikversuchen im REM, nachfolgender digitaler Bildkorrelation und lokaler Dehnungsberechnung charakterisiert. Die Untersuchungen des lokalen Verformungsverhaltens zeigen, dass in DP-Stählen die Dehnung, bedingt durch die weich/hart-Mikrostruktur, stärker konzentriert ist als in CP-Stählen. Es werden lokal Dehnungswerte erreicht, die einem Vielfachen der globalen Dehnung entsprechen. Diese höchstgedehnten Stellen („Hot Spots“) haben maßgeblichen Einfluss auf das nachfolgende Porenbildungs- und Schädigungsverhalten. „Hot Spots“ sind in den DP-Stählen zahlreich und in den CP-Stähle selten. Der geringere Grad der Dehnungskonzentration und die geringe Häufigkeit von „Hot Spots“ führt dazu, dass CP-Stähle eine geringe Anfälligkeit für Rissbildung zeigen.

AB - Im Automobilbau ist man bestrebt, immer höherfestere Stähle einzusetzen, um durch den Einsatz dünnerer Bleche eine Gewichtsverringerung zu erreichen. Die Steigerung der Festigkeit darf aber nicht auf Kosten der Umformbarkeit bei der Herstellung und der Sicherheit gehen. Um diesen Forderungen gerecht zu werden, wurden neue Werkstoffkonzepte auf Basis der sogenannten „Multiphasenstähle“ entwickelt. Eine wichtige Gruppe unter ihnen sind die Dualphasen (DP) – Stähle. Sie bestehen aus den mechanisch sehr unterschiedlichen Phasen Ferrit (weich) und Martensit (hart). Complexphasen (CP) – Stähle hingegen bestehen aus mehreren, mechanisch ähnlichen Phasen, mit Bainit oder Martensit als Matrixphase. DP-Stähle zeigen eine sehr gute Kombination aus hoher Dehnung bei gleichzeitig hoher Festigkeit, allerdings neigen sie während der Umformung, z.B. bei engen Radien und im Crashversuch zu Rissbildung. CP – Stähle weisen bei etwa gleicher Festigkeit und etwas geringerer Dehnung im Zugversuch eine deutlich höhere Widerstandsfähigkeit gegen Rissbildung auf. Eine Weiterentwicklung der Stähle ist nur möglich, wenn man die Ursachen für die Diskrepanz im Verformungs- und Bruchverhalten dieser beiden Stahlsorten kennt. Ziel der Arbeit war es deshalb, ein umfassendes Verständnis über den Einfluss der unterschiedlichen Mikrostruktur auf das Umformverhalten zu erarbeiten und so Hinweise zu verbessertem Mikrostrukturdesign im Sinne einer optimalen Kombination aus Dehnung, Festigkeit und Umformverhalten zu erlangen. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf zwei Stähle, einen DP 1000 und einen CP 1000, die genau die gleiche chemische Zusammensetzung haben und im Zugversuch sehr ähnliche Festigkeiten von etwa 1000 MPa zeigen. Zusätzlich werden ein DP – Stahl mit geringerer Festigkeit (DP 600) und ein CP – Stahl mit höherer Festigkeit (CP 1200) untersucht. Die Charakterisierung der unterschiedlichen Verhaltensweisen erfolgte mittels der Kombination zweier Methoden: der Bruchmechanik und der Methode der lokalen Verformungsanalyse. Das Bruchverhalten wurde mit einem auf dünne Bleche angepassten Test beschrieben, wobei das kritische J-Integral und die kritische Rissöffnungsverschiebung bestimmt wurden. Die Bruchzähigkeit wurde mit Ergebnissen aus konventionellen mechanischen und technologischen Versuchen verglichen (Zug-, Schwertbiege-, Lochaufweitungs- und Lochzugversuch). Ergänzend wurden Schädigungs- und Bruchflächenanalysen im Rasterelektronenmikroskop (REM) durchgeführt. Das lokale Verformungsverhalten wurde mittels in-situ Zug- und Bruchmechanikversuchen im REM, nachfolgender digitaler Bildkorrelation und lokaler Dehnungsberechnung charakterisiert. Die Untersuchungen des lokalen Verformungsverhaltens zeigen, dass in DP-Stählen die Dehnung, bedingt durch die weich/hart-Mikrostruktur, stärker konzentriert ist als in CP-Stählen. Es werden lokal Dehnungswerte erreicht, die einem Vielfachen der globalen Dehnung entsprechen. Diese höchstgedehnten Stellen („Hot Spots“) haben maßgeblichen Einfluss auf das nachfolgende Porenbildungs- und Schädigungsverhalten. „Hot Spots“ sind in den DP-Stählen zahlreich und in den CP-Stähle selten. Der geringere Grad der Dehnungskonzentration und die geringe Häufigkeit von „Hot Spots“ führt dazu, dass CP-Stähle eine geringe Anfälligkeit für Rissbildung zeigen.

KW - Multiphasenstähle

KW - Dualphasestähle

KW - Complexphasenstähle

KW - Bruchzähigkeit

KW - J-Integral

KW - Schädigung

KW - Lokale Verformungsanalyse

KW - Digitale Bildkorrealtion

KW - Multiphase Steels

KW - dual phase steels

KW - complex phase steels

KW - fracture toughness

KW - local deformation analysis

KW - digital image correlation

M3 - Dissertation

ER -