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EFB-Forschungsbericht Nr. 049

Umformbarkeit von Warmband und warmgewalzten Stählen höherer Festigkeit

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Verfasser:
Dr.-Ing. Rolf Umbach, Dipl.-Ing. Günter Fritzsch, Institut für Umformtechnik und Werkzeugmaschinen der Fraunhofer Gesellschaft Chemnitz (FhG IUW)

185 Seiten (Sw 112 Abb., 7 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-115-4

Preis (Digital) EUR 86,00

Preis (Print) EUR 96,30

Schlagwörter: rostfrei, aushalsen

Zusammenfassung

Warm- und Kaltband aus weichen unlegierten Stählen nimmt mengenmäßig den ersten Platz in der blechverarbeitenden Industrie ein, gefolgt von den Baustählen und Sonderstählen höherer Festigkeit mit unterschiedlichsten Festigkeitsmechanismen.

Die Umformbarkeit von Kaltband war Ziel vieler Arbeiten der letzten Jahre. Die daraus resultierenden Ergebnisse gestatten eine gute Umformbarkeitsbeurteilung aller für die Umformtechnik interessanten Stahlmarken, beginnend bei den weichen IF-Stählen, über die weichen unlegierten Stähle bis zur breiten Palette der höherfesten Qualitäten. Hier gibt es - abgesehen von Neuentwicklungen - kaum Nachholebedarf. Für Warmbandprodukte liegen solche Angaben nur lückenhaft vor.

Die stürmische Entwicklung der letzten Jahre auf dem Gebiet der Warmbanderzeugung verstärkte das Interesse der Verbraucher an diesen Flacherzeugnissen.
Mit der vorliegenden Arbeit sollte ein Beitrag zur Schaffung wissenschaftlich-technischer Voraussetzungen für eine Erweiterung der Einsatz- und Anwendungsbereiche von Warmband erbracht werden.

Die Preisvorteile bei Substitution von Kaltband durch Warmband werden sich nach eigenen Recherchen bei etwa 15 % einpegeln. Diese Preisvorteile sind dicken-, breiten- und werkstoffabhängig und verringern sich mit kleiner werdender Blechdicke.
Die vorliegende Arbeit beinhaltet folgende Zielstellungen: - Umfassende Beschreibung der Werkstoffeigenschaften durch Werkstoffgütewerte (mechanische Eigenschaften, r-Werte, n-Werte, Gefügeausbildung und chemische Zusammensetzung).

  • Ermittlung verfahrensabhängiger Umformbarkeitskenngrößen für einen breiten Beanspruchungsbereich (Grenzziehverhältnis, Beultiefe, Lochaufweitverhältnis und Rückfederungswerte beim Gesenk- und Schwenkbiegen).
  • Ermittlung verfahrensunabhängiger Umformkennwerte (Kaltfließkurve mit den Konstanten des approximierten Kurvenverlaufes und Grenzformänderungskurve mit ϕ1 min als gesonderter Prüfwert).
  • Stichversuche zur Oberflächenausführung und zum tribologischen Verhalten.
  • Darstellung der wichtigsten funktionellen Zusammenhänge zwischen den Kennwerten und Herausarbeitung der wesentlichen Unterschiede zwischen Warm- und Kaltband, insbesondere zum Referenzwerkstoff St 14.

Untersucht wurden 33 Werkstoffe von 8 Blechherstellern (22 Warmbänder und 11 Kaltbänder) im Blechdickenbereich von I - 3 mm. Dabei handelte es sich um folgende Werkstoffgruppen:

  • Weiche unlegierte Stähle nach DIN 1614 Teil 1 und DIN 1623 Teil 1
  • Allgemeine Baustähle nach DIN 17100
  • Höherfeste perlitreduzierte Stähle nach SEW 092 und SEW 093
  • Rostfreie ferritische Chromstähle nach DIN 17440 und DIN 17441
  • Mikrolegierter Stahl (IF-Stahl) nach SEW 095.

Es erfolgte eine übersichtliche tabellarische Zusammenstellung aller Versuchswerte und der Aufbau einer Datenbank in Form von Werkstoffblättern, sowie eine detaillierte Auswertung der wichtigsten funktionellen Zusammenhänge zwischen den Kennwerten und ein Prüfwertevergleich mit dem Referenzwerkstoff St 14.

Im Vergleich zum Referenzwerkstoff St 14 ergibt sich für die untersuchten Warmbänder folgende Umformbarkeitsbeurteilung:

  • Die Analyse der funktionellen Zusammenhänge hat gezeigt, daß sich die vom Kaltband her bekannten Zusammenhänge auf die Warmbänder übertragen lassen. Die Warmbandwerte ordnen sich im allgemeinen gut in die Regressionskurven ein. Strukturbedingt ergeben sich natürlich spezifische Unterschiede.
  • Wesentliche Unterschiede gab es beim n-Wert. Der n-Wert pegelt sich bei StW 24 zwischen n = 0,16 und n = 0,19 ein. Das Kaltband St 14 erreicht n-Werte von n > 0,20.
  • Deutliche Unterschiede zum Referenzwerkstoff St 14 gab es erwartungsgemäß auch bei den Kennwerten Bruchdehnung, Streckgrenzenverhältnis, maximale Beultiefe, maximales Aufweitverhältnis und ϕ1 min dem Minimum der Grenzformänderungskurve.
  • Mit steigender Streckgrenze ergab sich grundsätzlich eine Umformbarkeitsverschlechterung, wobei das Grenzziehverhältnis wiederum die geringste Beeinflußbarkeit zeigte.
  • Die deutliche Umformbarkeitsverschlechterung mit steigender Streckgrenze könnte beim Standardwarmhand StW durch Einengung der Streckgrenzentoleranz oder Gliederung in 2 Streckgrenzenbereiche abgeschwächt werden.
  • Das Oberflächenprofil der Warmbänder wird fast ausschließlich durch den Beizprozeß bestimmt.
  • Die größeren Ra-Werte führen zwangsläufig zu bestimmten Einschränkungen und Zugeständnissen bei Anwendung für Blechteile im sichtbaren Bereich.

Das Forschungsvorhaben „Umformbarkeit von Warmband- und warmgewalzten Stählen höherer Festigkeit“ wurde unter der Fördernummer AiF. D10 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. 49 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Verwendete Größen, Formelzeichen, Einheiten und Abkürzungen
0. Einleitung
1. Literaturauswertung
1.1 Beschreibung des metallurgischen Entwicklungsstandes
1.1.1 Der metallurgische Prozeß und die Warmbandtechnologie
1.1.2 Banddicke und Abmessungstoleranzen
1.1.3 Verarbeitbarkeit von Warmband
1.1.4 Maßnahmen zur Eigenschaftsoptimierung der wichtigsten Warmbandprodukte
1.2 Beschreibung der wesentlichen Unterschiede zwischen Kalt- und Warmband
1.2.1 Blechdicke
1.2.2 Blechdickentoleranz
1.2.3 Oberflächenstruktur
1.2.4 Streuung der mechanischen Eigenschaften
2. Darlegung des Forschungszieles
3. Versuchsprogramm
3.1 Prüfprogramm
3.2 Versuchswerkstoffe
4. Auswertung und Diskussion der Ergebnisse
4.1 Ergebnisse der Werkstoff- und Umformbarkeitsuntersuchungen
4.2 Funktionelle Zusammenhänge zwischen den wichtigsten Prüfwerten
4.2.1 Einfluß der Zugfestigkeit
4.2.2 Einfluß der Streckgrenze
4.2.3 Einfluß des Streckgrenzenverhältnisses
4.2.4 Einfluß der Bruchdehnung
4.2.5 Beziehungen zwischen verschiedenen Umformkenngrößen
4.2.6 Umformbarkeitscharakterisierung bestimmter Werkstoffgruppen
4.3 Prüfwertevergleich mit dem Referenzwerkstoff St 14
5. Ergänzungen zu geometrischen und tribologischen Parametern
5.1 Blechdicke
5.2 Dickentoleranz
5.3 Oberflächenprofil und tribologisches Verhalten
6. Schlußfolgerungen und Konsequenzen für die Prozeßstreubreiten beim Einsatz von Warmband in der Blechverarbeitung
7. Zusammenfassung
8. Schlußbetrachtung
9. Literaturverzeichnis
Anhang 1: Verwendete Prüfeinrichtungen
Anhang 2: Bildteil
Anhang 3: Tabellenteil
Anlage: Werkstoffblätter