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Sehr geehrte Damen und Herren,
heute möchten wir Sie über neu erschienene FOSTA Abschlussberichte aus den Schwerpunktbereichen Mobilität, Bauwesen sowie Anlagen- und Maschinenbau informieren.
Diese und alle weiteren FOSTA Berichte finden Sie im Shop von stahldaten.de.
Wir wünschen Ihnen eine interessante Lektüre.
Ihr Team der FOSTA
| P 925 - Experimentelle und rechnerische Bewertung der Betriebsfestigkeit von Schrauben großer Abmessung im Stahlbau unter Berücksichtigung von Randschichteinflüssen (IGF-Nr. 486 ZN)
Zyklisch beanspruchte Schraubenverbindungen mit großen Abmessungen kommen in der Windenergie, aber auch in anderen Bereichen in der Form von HV-Garnituren zur Anwendung. Ein wirtschaftlicher, zuverlässiger und dauerhafter Korrosionsschutz der Garnituren wird dabei in der Regel durch Feuerverzinken sichergestellt. Der Einfluss der Feuerverzinkung auf die Ermüdungsfestigkeit von Schrauben mit großen Abmessungen ist jedoch aktuell nicht wissenschaftlich umfassend beschrieben. Zudem wurden für die Bemessung anwendbare Ermüdungskennwerte bislang nur eingeschränkt für sehr große Schraubendurchmesser überprüft. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erweiterung bestehender Bemessungskonzepte für Schrauben großer Abmessung und die Entwicklung einer Berechnungsmethode auf der Basis örtlicher Beanspruchungen. Hierzu werden der Einfluss der Feuerverzinkung auf die Ermüdungsfestigkeit sowie der zugrundeliegende Schädigungsmechanismus systematisch untersucht. weiterlesen
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| P 1110 - Lokale Laserwärmebehandlung von kaltverfestigten Stählen zur Verbesserung der Umform- und Funktionseigenschaften für den Leichtbau in der Automobilindustrie (IGF-Nr. 18845 N)
Das übergeordnete Forschungsziel des Vorhabens war es, in Stahlplatinen durch eine Kombination von Kaltwalzen und lokaler Laserwärmebehandlung maßgeschneiderte Eigenschaften hinsichtlich Umformbarkeit und Crashverhalten für den nachfolgenden Umformprozess sowie den späteren im Einsatz im Automobil einzustellen. Zur Untersuchung dieses Ansatzes wurde ein kosteneffizient herstellbarer, ferritischer Stahl, der mikrolegierte S550MC, sowie ein etablierter Stahl mit hoher Anwendungsrelevanz, der Dualphasenstahl HCT780X, ausgewählt. Zunächst wurden die Temperaturbereiche, in denen in Abhängigkeit vom Walzgrad relevante Entfestigungsmechanismen auftreten, ermittelt. Dazu wurden in einem Umformdilatometer an die Laserentfestigung angelehnte Kurzzeitwärmebehandlungen durchgeführt und im Anschluss bei Raumtemperatur die resultierenden mechanischen Eigenschaften im Zugversuch getestet. Die Ergebnisse dienen einerseits als Zielgröße für die Verfahrensentwicklung der lokalen Laserwärmebehandlung und andererseits als Grundlage für die in der Simulation benötigten Materialdaten. weiterlesen
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| P 1133 – Entwicklung vorlochfreier Hybridfügeverfahren für Mischbaustrukturen mit neuartigen Stählen mit Zugfestigkeiten größer 1.800 MPa (IGF-Nr. 18866 N)
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. weiterlesen
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| P 1125 – Steigerung technologischer Eigenschaften durch Kryobehandlung von Werkzeugstählen (IGF-Nr. 19289 N)
Im Rahmen des Projektes wurden die Auswirkungen einer Kryobehandlung auf die Mikrostruktur, die mechanischen Eigenschaften und die Verschleißfestigkeit der hochlegierten Werkzeugstähle X38CrMoV5-3 (Elektroschlacke-Umschmelzverfahren (ESU)), X153CrMoV12 (Pulvermetallurgie (PM) und Schmelzmetallurgie (SM)) und ~X190CrVMo20-4 (PM) untersucht. Die Vergütungsparameter der Proben für die mechanischen Untersuchungen und die der Verschleißproben wurden auf Basis der Anlasskurven so gewählt, dass sowohl für die konventionell wärmebehandelten als auch die kryobehandelten Proben eine ähnliche Härte vorlag. weiterlesen
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| P 1290 – Ermittlung von Einflussfaktoren und Erarbeitung von Effusionsparametern zur sicheren Anwendung von durch wasserstoffinduzierte Schäden gefährdeten hochfesten Stahl-Bauteilen (IGF-Nr. 19798 N)
In der metallverarbeitenden Industrie, insbesondere in der Automobilindustrie hat der Einsatz von hoch- oder höchstfesten Stählen in den letzten Jahren stetig zugenommen. Diese Stähle besitzen jedoch ein erhöhtes Risiko gegenüber Wasserstoffversprödung. Wärmebehandlungsschritte zur Effusion von in der Fertigung eingebrachtem Wasserstoff werden aufgrund von fehlenden Kenntnissen der zugrundliegenden Effusionsmechanismen häufig länger als nötig gewählt. Mögliche Regressforderung im Schadensfall sollen so vermieden werden.
In diesem Forschungsvorhaben werden der Werkstoff- und Gefügeeinfluss auf die Wasserstoffdiffusion, -aufnahme und -effusion untersucht. Ziel dabei ist die Berechnung von Effusionszeiten bei verschiedenen Effusionstemperaturen, die ein Absenken des Wasserstoffgehalts auf ein unkritisches Maß ermöglichen. weiterlesen
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| P 1248 – Qualifizierung der instrumentierten Eindringprüfung zur Kennwertermittlung für hochfeste Stähle mit Schweißungen (IGF-Nr. 19550 N)
Der Einsatz von hochfesten Stählen im Karosseriebereich des Automobilbaus hat während der letzten Jahre stark zugenommen. Hierzu zählen Dual- und Komplexphasenstähle, welche durch Kombination unterschiedlicher Gefügebestandteile auch deren Vorteile kombinieren, sowie TRIP (TRansformation Induced Plasticity) und Mangan-Bor Stähle, welche sehr gute Umformeigenschaften mit hohen Festigkeiten durch Martensitbildung bei der Umformung kombinieren. TWIP (Twinning Induced Plasticity) Stähle erreichen ähnliche Effekte durch forcierte Zwillingsbildung. Die Ursachen für den Einsatz dieser Stähle liegen in dem Potential dieser Materialien zur Gewichts- und Kostenreduzierung, bei gleichzeitiger Erhöhung der Fahrgastsicherheit. Auf Grund der prinzipiell gegebenen Schweißeignung dieser Stähle, werden die klassischen Fügeverfahren im Karosseriebau wie das kostengünstige und effektive Widerstandspunktschweißen, das Metall-Schutzgas (MSG)-Schweißen oder das Laserschweißen angewendet. Allerdings treten teilweise Herausforderungen, beispielsweise durch Gefügeveränderungen in den Fügestellen auf, die zu ungewollten Aufhärtungen oder Erweichungen führen. In diesem Projekt wird ein Verfahren entwickelt, mit welchem die lokalen Werkstoffeigenschaften von im Automobilbau typischen Werkstoffen und deren Fügestellen bestimmt werden können. weiterlesen
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| P 1016 – Vollstanznieten von höchstfesten Stahlwerkstoffen in Mischbaustrukturen mittels selbstschließendem Vollstanznietelement (IGF-Nr. 18402 N)
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer modifizierten Stanzniettechnologie für das Verbinden von höchstfesten Blechwerkstoffen mit Aluminiumlegierungen. Dies erfolgt indem das Vollstanznieten so modifiziert wird, dass es ohne Prägering am matrizenseitigen Werkzeug arbeitet. Dafür wird die Prägekontur direkt unter dem Setzkopf des Niets angeordnet. Verbindungen, die mit dem neuartigen Verfahren Selbstschließendes Stanznieten erzeugt werden, sollen sich dann durch geringe fügeprozessbedingte Deformationen und eine gute Klebstoffanbindung auszeichnen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden mithilfe der Simulation Geometrieoptimierungen durchgeführt, welche durch experimentelle Untersuchungen validiert wurden. Anhand einer Verfahrensanalyse wurde daraufhin die Flexibilität des neu entwickelten Verfahrens ermittelt. Zudem wurden im Rahmen von Untersuchungen zum Hybridfügen die Verbindungseigenschaften des Verfahrens in Kombination mit Klebstoffen optimiert und das Eigenschaftsprofil erfasst. weiterlesen
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| P 1028 – Analyse der Schwingfestigkeit geklebterStahlverbindungen unter mehrkanaliger Belastung – MAyFAIr (IGF-Nr. 18107 N)
Die zuverlässige Analyse der Lebensdauer geklebter Stahlverbindungen unter schwingender Last besitzt für die Auslegung im Karosserierohbau einen besonderen Stellenwert. Hierfür existieren aktuell keine als gültig anerkannten und leicht anzuwendenden Konzepte. Daher erfordert die Lösung der meisten Probleme beim Stahlkleben die Durchführung aufwändiger Versuche. Erschwerend kommt hinzu, dass in der Praxis überwiegend der allgemeine Fall mit in verschiedenen Raumrichtungen gleichzeitig wirkenden Lasten vorliegt. Besteht in der zeitlichen Abhängigkeit der Kraftverläufe zum Beispiel eine Phasenverschiebung, dann ist der lokale Spannungszustand nicht mehr proportional zur äußeren Belastung. Diese sogenannte nichtproportionale Beanspruchung kann sich auf die Lebensdauer auswirken und muss deshalb im betriebsfesten Design berücksichtigt werden können. Diese allgemeine Art der Belastung wurde bei geklebten Stahlbauteilen bisher nur wenig betrachtet. weiterlesen
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| P 1131 – Legierungskonzepte und Prozessstrategien für presshärtende Stähle mit erhöhter Restumformbarkeit (S 024/10224/15)
Eine effektive Möglichkeit zur Reduzierung der Emissionen von Personenkraftwagen stellt die Verringerung des Fahrzeuggewichtes dar. Dabei liegt das größte Einsparpotenzial im Bereich des Karosseriebaus, wo beispielsweise heute hochfeste Stähle konventionelle Feinblech-Werkstoffe ersetzen. Besonders herausfordernd ist allerdings der Einsatz von höchstfesten Stählen zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit im Crashfall. Eines der effizientesten Verfahren zur Herstellung von crashrelevanten Bauteilen, wie der B-Säule, ist das Presshärten, bei dem Umformung und Härten in einem Prozessschritt vereint sind. Aktuell wird in der industriellen Serienfertigung von pressgehärteten Bauteilen der Werkstoff 22MnB5 (1.5528) verwendet, dessen Duktilität im gehärteten Zustand jedoch aufgrund des Legierungskonzeptes eingeschränkt ist. Ein verbessertes Eigenschaftsprofil aus Festigkeit und Restumformvermögen wird für eine erhöhte Fahrzeuginsassensicherheit im Crashfall angestrebt. Dieses Projekt befasst sich somit mit der Entwicklung neuer Legierungskonzepte und Prozessstrategien zur Verbesserung der Restumformbarkeit von pressgehärteten Stählen. weiterlesen
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