Lokale Laserentfestigung von Halbzeugen und Bauteilen aus hochfesten Stählen

Aktuelle Bestrebungen im Automobilbau forcieren die Nachfrage nach innovativem Werkstoffleichtbau. Dies hat in der Vergangenheit auf der einen Seite zur Entwicklung neuer hochfester Stahlwerkstoffe geführt. Kaltbandgüten mit Zugfestigkeiten über 1000 MPa sowie Presshärtstähle mit Zugfestigkeiten über 1500 MPa werden mit zunehmender Tendenz im Automobilbau eingesetzt. Den Festigkeitsvorteilen stehen auf der anderen Seite aber neue Herausforderungen hinsichtlich der Fügbarkeit, des Trennens und der Umformung sowie der Crashperformance gegenüber. Einerseits können bei Kaltbandgüten lokal kritische Umformgrade entstehen, die bei der Kaltumformung zu Rissen führen. Andererseits entstehen bei Presshärtstählen im Bereich der Schweißpunkte entfestigte Wärmeeinflusszonen, die im Crashfall ein frühzeitiges Ausknöpfen des Schweißpunktes begünstigen. Beim Laserschneiden entstehen in der Randzone der Schnittkante große Aufhärtungen, die zu einer Beeinträchtigung der Crashsicherheit des Bauteils durch Risseinleitung führen können. Die Laserwärmebehandlung bietet die Möglichkeit, Bereiche gezielt und lokal zu bearbeiten und dadurch Bereiche mit definierten Festigkeitsprofilen zu erzeugen. Durch lokal entfestigte Bereiche im Bauteil lassen sich zum einen die Umformeigenschaften bei der Kaltumformung bei der Bauteilfertigung verbessern und zum anderen kann die Bildung metallurgischer Kerben beim Punktschweißen und beim Laserschneiden vermieden und dadurch die Crashperformance verbessert werden.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Weiterentwicklung der lokalen Laserentfestigung von Kaltbandgüten und Presshärtstählen. Um homogenere Entfestigungen über die Platinendicke bei der Laserentfestigung bei großen Vorschubgeschwindigkeiten (> 1000 mm/min) zu realisieren, werden zwei Ansätze (beidseitige Bearbeitung, angepasstes Strahlprofil) zur Prozessanpassung der Laserentfestigung untersucht. Für einen simultanen Prozess des Laserschneidens und des Laserentfestigens wird ein Bearbeitungskopf, eine sog. Hybridoptik, entwickelt, um damit die Verfahrensentwicklung für eine 2D- und 3D-Bearbeitung zu ermöglichen. Die Auswirkungen von laserentfestigten Bereichen in den Fügezonen für das Widerstandspunktschweißen auf die Crashperformance werden am Beispiel einer B-Säule an einem 3-Punkt-Biegeversuch durch ein Simulationsmodell vorhergesagt und an einem B-Säulenprüfstand verifiziert. Abschließend wird die Integration der Laserentfestigung in bestehende Prozessketten betrachtet.