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EFB-Forschungsbericht Nr. 160

Bedeutung der Umformtemperatur und -geschwindigkeit bei der Blechumformung austenitischer Edelstähle

EFB160.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Bleck, Dipl.-Ing. Andreas Frehn, Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH Aachen, Prof. Dr.-Ing. habil. Dieter Janke, Dr.-Ing. Armin Franke, Stahlzentrum Freiberg e.V.

170 Seiten (Sw 146, teils farbige Abb., 10 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-289-2

Preis (Digital) EUR 91,00

Preis (Print) EUR 102,70

Zusammnefassung

Ausgangspunkt, der im Rahmen des Forschungsvorhabens "Bedeutung der Umformtemperatur und -geschwindigkeit bei der Blechumformung austenitischer Edelstähle" durchgeführten Untersuchungen war die unzureichende Charakterisierung der Umformeigenschaften von austenitischen nichtrostenden Stählen in Abhängigkeit von Verarbeitungstemperatur und -geschwindigkeit.

Speziell beim metastabilen austenitischen nichtrostenden Stahl 1.4301 treten bei der Weiterverarbeitung von Feinblechen chargen- 'oder bandpositionsabhängige Unterschiede im Verarbeitungsverhalten auf, die im wesentlichen auf die starke Abhängigkeit des Werkstoffverhaltens von der chemischen Zusammensetzung und der daraus resultierenden Austenitinstabilität, von den bei der Umformung auftretenden Spannungszuständen und von der Verarbeitungstemperatur in Zusammenhang mit der auftretenden Austenit-Martensit-Umwandlung zurückzuführen sind. Das Ziel des Forschungsvorhabens war, die beschriebenen Einflussgrößen mit Hilfe geeigneter Prüfverfahren zu untersuchen und die Auswirkungen einer Martensitumwandlung bei der Blechumformung abzuschätzen.

Die Ergebnisse der quasistatischen Zugversuche ergaben eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit. Hohe Festigkeiten infolge erheblicher α'- Martensitumwandlung wurden dabei bei niedrigen Prüftemperaturen beobachtet. Ein Maximum der Gleichmaßdehnung konnte bei Temperaturen erreicht werden, bei denen eine bestimmte Menge an ε- und αε' Martensit entsteht. Diese Temperaturen unterliegen einer Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung und korrelieren mit den in der Literatur bekannten Md30- Temperaturen. Anhand dieser Temperaturen konnten die Stähle in Stabilitätsklassen eingeteilt werden.

Eine Erhöhung der Prüfgeschwindigkeit im Zugversuch wirkte sich in Form einer stärkeren adiabatischen Erwärmung auf die mechanischen Eigenschaften und die gemessenen Martensitgehalte aus. Ein reiner Geschwindigkeitseffekt kann ebenfalls nicht ausgeschlossen und sollte anhand weiterer geeigneter Prüfungen näher untersucht werden.

Eine Übertragung der Verhältnisse aus dem Zugversuch auf mehrachsige Prüfverfahren ist schwer zu realisieren, da bei unterschiedlichen Spannungszuständen einerseits unterschiedlich hohe Martensitmengen gebildet, andererseits unterschiedlich hohe Martensitmengen zu optimaler Umformbarkeit benötigt werden. Eine Temperaturerhöhung auf 60°C wirkt sich beispielsweise bei der Bestimmung des Grenzziehverhältnisses im Näpfchentest positiv aus, da die hohen Martensitgehalte, die bei Raumtemperatur entstehen, bei dieser Temperatur auf ein optimales Maß reduziert werden. Anhand der Ergebnisse wurde eine für verschiedene Anwendungsfälle gültige Matrix erstellt, die es dem Blechverarbeiter von Feinblechen austenitischer nichtrostender Stähle ermöglicht, einen austenitischen Stahl hinsichtlich seiner Stabilität und seiner je nach Spannungszustand optimalen Umformparameter einteilen zu können.

Für die Praxis ergibt sich die Notwendigkeit, die Parameter Umformtemperatur und -geschwindigkeit während des Umformprozesses genau zu kontrollieren, da bereits geringe Abweichungen zu Änderungen im Umformverhalten führen. Eine Ausnutzung der erheblichen Temperaturabhängigkeit dieser Stähle, die zu einer Erweiterung der Versagensgrenzen führt, sollte in Form von partiell temperierbaren Werkzeugen realisiert werden.

Das Forschungsvorhaben „Bedeutung der Umformtemperatur und -geschwindigkeit bei der Blechumformung austenitischer Edelstähle“ wurde unter der Fördernummer AiF 11788B von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 160 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung.
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Martensit und Martensitumwandlung
2.1. 1 Martensitarten
2.1.2 Thermodynamische Beschreibung der Martensitumwandlung
2.1.3 Kristallographische Beschreibung der Martensitumwandlung
2.1.4 Metallphysikalische Beschreibung der Martensitumwandlung
2.1.5 Einfluß der Legierungselemente auf die Martensitumwandlung
2.1.6 Einfluß des Spannungszustandes auf die Martensitumwandlung
3 Ausgangssituation
3.1 Mechanische Eigenschaften metastabiler austenitischer nichtrostender Stähle
3.2 Einflußgrößen auf die Umformbarkeit metastabiler austenitischer nichtrostender Stähle
4 Aufgabenstellung
5 Werkstoffe
6 Eingesetzte Prüfverfahren
6.1 Quasistatische Zugversuche
6.2 Dynamische Zugversuche
6.3 Hydraulischer Tiefungsversuch (Bulgetest)
6.4 Ermittlung von Grenzformänderungsschaubildern
6.5 Tiefziehen rotationssymmetrischer Näpfchen im Erstzug zur Bestimmung des Grenzziehverhältnisses
6.6 Gefügeanalyse
7 Ergebnisse und Diskussion
7.1 Quasistatische Zugversuche
7.2 Dynamische Zugversuche
7.3 Hydraulischer Tiefungsversuch (Bulgetest)
7.4 Ermittlung von Grenzformänderungsschaubildern
7.5 Tiefziehen rotationssymmetrischer Näpfchen im Erstzug zur Bestimmung des Grenzziehverhältnisses
7.6 Gefügeanalyse
8 Bewertung der Ergebnisse und Abschätzung des wirtschaftlichen Nutzens
8.1 Bewertung der erzielten Ergebnisse
8.2Abschätzung des wirtschaftlichen Nutzens
9 Zusammenfassung und Ausblick
10 Literaturverzeichnis
11 Anhang -Tabellen und Bilder