Lokale Konditionierung von presshartem Vergütungsstahl für das Hybridfügen von Mischbaustrukturen

In den letzten Jahren setzt die Automobilindustrie verstärkt auf die Entwicklung und Umsetzung innovativer Leichtbaukonzepte zur Reduzierung des Energiebedarfs im Fahrbetrieb und damit zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen. Da die Karosserie je nach Modell mit rund 30-40% einen wesentlichen Anteil am Fahrzeuggewicht stellt, setzen zahlreiche Leichtbaubestrebungen hier auf eine Gewichtseinsparung durch den intelligenten Einsatz verschiedener Leichtbauwerkstoffe in Form der Mischbauweise. Pressharte Vergütungsstähle vom Typ 22MnB5 bieten ein sehr hohes Leichtbaupotenzial für im Crashfall hochbeanspruchte Teile im Bereich der Fahrgastzelle bei moderaten Kosten und exzellenter Formgenauigkeit, weshalb diese Stähle heute bereits in nahezu allen Fahrzeugen und Fahrzeugsegmenten europäischer Fahrzeughersteller zu einem erheblichen Anteil eingesetzt werden. Zur weiteren Gewichtsreduzierung bietet es sich an, weniger stark beanspruchte flächige Stahlpressteile wie Außenhaut, Beplankungen oder Bodenbleche durch Aluminiumbleche, beispielsweise aus 5000er- oder 6000er-Legierungen, zu substituieren. Das kosteneffiziente Verbinden der sich dabei ergebenden Materialkombinationen (Aluminiumbleche und -strangpressprofile mit pressgehärtetem Stahl) stellt eine Herausforderung für die Fügetechnik dar, da diese artverschiedenen Werkstoffe mit konventionellen Schweißverfahren nicht oder nur unter sehr hohem Aufwand verbunden werden können und die etablierten produktiven mechanischen Fügeverfahren wie das Clinchen, das Halbhohlstanznieten oder das fließloch- und gewindeformende Schrauben beim Fügen eines pressharten Stahls, aufgrund dessen geringer Duktilität und seiner hohen Festigkeit, ihre Einsatzgrenzen erreichen. Ziel ist die Entwicklung einer prozesssicheren lokalen Konditionierung von presshartem 22MnB5 und seiner marktüblichen beschichteten Varianten zum Verbinden des Vergütungsstahls in Mischbauweise mit konventionellen mechanischen Fügeverfahren bzw. Hybridfügeverfahren. Dazu werden durch eine kurzzeitige lokale Wärmebehandlung im Bereich der späteren Fügestelle die mechanischen Eigenschaften des pressharten Materials gezielt dauerhaft verändert, so dass mechanische und hybride Fügeverfahren in nachfolgenden Zusammenbauschritten eingesetzt werden können, ohne die globalen Bauteileigenschaften nachteilig zu verändern. In dem Projekt wurden neben der Entwicklung anwendungsgerechter Konditionierungsprozesse und der Abbildung dieser in der Simulation auch detaillierte Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften des entfestigten Stahls sowie der erzeugten Mischbauverbindungen unter verschiedenen Belastungsarten durchgeführt. Zudem wurde der Einfluss der Wärmebehandlung auf das Korrosionsverhalten der Beschichtungen untersucht sowie Eigenspannungsmessungen in der konditionierten Zone durchgeführt. Fügeprozesssimulationen einer Mischbauverbindung mit presshartem lokal konditioniertem Stahl wurden ebenfalls durchgeführt.