FORSCHUNG

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Ermittlung von Berechnungskennwerten an Karosseriestählen Ein Gemeinschaftsprojekt der Stahl- und Automobilindustrie In einem Gemeinschaftsprojekt der Stahl- und Automobilindustrie wurden an zwanzig Stählen für Feinblech elastische, plastische und zyklische Kennwerte für die FE-Simulation ermittelt. Die Untersuchungen mit dem Ziel, Eingabekennwerte für FE-Berechnungen zu erhalten, erbrachten einen erheblichen Erfahrungszuwachs im Bereich der Messtechnik sowie der Datenerfassung und -weiterverarbeitung. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über die Untersuchung und ihre Ergebnisse.

1 Einleitung

In der Automobilindustrie werden die Produkteigenschaften und die Herstellbarkeit von Kraftfahrzeugen durch unterschiedliche Berechnungsverfahren vor der Fertigung der

Prototypen im Produktentstehungsprozess überprüft. Für diese Berechnungsverfahren werden je nach Zielsetzung unterschiedliche Werkstoffkennwerte und funktionale Zusammenhänge benötigt. So werden für Crashsimulationen elastische und plastische

Bild 1: Am Forschungsprojekt beteiligte Unternehmen und Prüfinstitute Figure 1: Companies and test institutes participating in the research project

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Die Autoren Kennwerte verarbeitet, die bei höheren Dehnraten und unterschiedlichen Temperaturen ermittelt werden müssen [1]. Einige Berechnungsverfahren arbeiten mit linear elastisch-plastischem Werkstoffverhalten und stellen so geringe Ansprüche an die zu ermittelnden Werkstoffkennwerte. Aber gerade die nichtlinearen Simulationsverfahren wie die Crash-, Betriebsfestigkeits- oder die Rückfederungssimulation weisen derzeit noch eine unbefriedigende Prognosefähigkeit auf, wenn das Verhalten von Bauteilen oder Verbindungen vorhergesagt werden soll. Hierzu müssen der Spannungszustand und die Schädigung im

Bauteil sehr genau bestimmt werden, was häufig an den fehlenden Werkstoffkennwerten und den stark vereinfachenden Materialmodellen scheitert [2]. Die in Deutschland und Österreich Feinblech erzeugenden Stahlhersteller, Automobilhersteller und Prüfinstitute haben eine Zusammenarbeit im Hinblick auf die Erarbeitung werkstoff- und verarbeitungsgerechter Kennwerte für Feinbleche aus normal- und höherfesten sowie nichtrostenden Stählen vereinbart, Bild 1. Über diese Zusammenarbeit und das daraus resultierende gleich lautende Forschungsprojekt wird im Folgenden berichtet.

3.1 Werkstoffauswahl Tabelle 1: Im Projekt untersuchte Stahlsorten, deren Ausgangsgefüge und Besonderheiten des Legierungskonzeptes (WB = Warmband) Table 1: Steel grades tested in the project, their starting microstructure, and particular features of the alloying concept (WB=hot rolled strip)

Univ. Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Bleck ist Institutsleiter am Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH Aachen. Dr.-Ing. Claus-Peter Bork ist Laborleiter an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin. Dr.-Ing. Thomas Evertz ist Leiter Werkstoffsimulation und Werkstoffoptimierung bei der Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH, Salzgitter. Dr.-Ing. Andreas Frehn ist technischer Spezialist Werkstoffe bei der Benteler Automobiltechnik GmbH, Paderborn, und war zur Zeit der Untersuchung Gruppenleiter am Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH Aachen. Dr.-Ing. Rainer Masendorf ist akademischer Rat am Institut für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit der TU Clausthal, ClausthalZellerfeld. Prof. Dr.-Ing. Cetin Morris Sonsino ist stellvertretender Institutsleiter und Geschäftsfeldleiter „Werkstoffe und Methoden“ am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt. Dr.-Ing. Gregor Steinbeck ist Abteilungsleiter im Fachbereich Werkstoff-/Prüftechnik am Stahlinstitut VDEh, Düsseldorf.

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2 Projektorganisation

Die Forschungsaktivitäten wurden in einem Arbeitskreis der Deutschen Gruppe der internationalen Arbeitsgemeinschaft zur Prüfung der Tiefziehbarkeit (GDDRG) und des Werkstoffausschusses des Stahlinstitut VDEh koordiniert. Die Ermittlung der Kennwerte wurde in die Forschungsbereiche elastische Kennwerte (Ermittlung des E-Moduls), plastische Kennwerte (unter anderem Ermittlung von Fließkurven und Grenzformänderungsschaubildern) und zyklische Kennwerte (Ermittlung von Dehnungs-Wöhler-Linien) untergliedert. 3 Ermittlung der Kennwerte für die Berechnung 3.1 Werkstoffauswahl

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Im Rahmen des Projekts wurden insgesamt 20 Stähle für Feinblech, die in Tabelle 1 aufgeführt sind, vom betreuenden Arbeitskreis ausgewählt und von den Prüfstellen untersucht. Bei deren Auswahl wurden einerseits Vertreter der wichtigsten Stahlgruppen für Stahlfeinblech berücksichtigt, andererseits wurde mittels der ausgesuchten Stähle das gesamte Spektrum der heute verwendeten Festigkeiten und Umformbarkeiten abgedeckt. Bei 15 der insgesamt 20 untersuchten Stähle handelt es sich um kaltgewalztes Feinblech der Blechdicke 1,0 mm, wobei die beiden Bake-HardeningStähle H180B und H260B jeweils sowohl als durchlaufgeglühte als auch als haubengeglühte Variante vorlagen. Die fünf Wärmbänder, in Tabelle 1 mit dem Klammerzusatz WB gekennzeichnet, wiesen Blechdicken von 1,5 bis 3,0 mm auf. Für jeden Stahl wurden die zu untersuchenden Bleche einer typischen Lieferung entnommen. Diese ist durch Werte für die Streckgrenze, Zugfestigkeit und Bruchdehnung gekennzeichnet, welche vereinbarungsgemäß im Bereich +/- 1σ hinsichtlich des Mittelwertes der standardmäßigen Fertigung liegen.

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mittlung der mechanischen Kennwerte Re, Rp0,2, Rm, A80, r und n in quasistatischen Zugversuchen bei Raumtemperatur. Hierzu wurden jeweils drei Parallelversuche längs, diagonal und quer zur Walzrichtung durchgeführt. In Bild 2 sind die für die Stähle ermittelten Bruchdehnungen A80 über den 0,2-%Dehngrenzen Rp0.2 aufgetragen [3]. Die grau gefüllten Rauten zeigen die untersuchten Warmbänder, die weiß gefüllten die entsprechenden Kaltbänder. Die im Bild eingetragenen elliptischen Bereiche geben in etwa das aus der Literatur bekannte Eigenschaftsspektrum der verschiedenen Werkstoffe wieder. Es zeigt sich der bereits bekannte Zusammenhang der abnehmenden Dehnungseigenschaften mit zunehmender Festigkeit. Eine Ausnahme bilden hier die austenitischen nichtrostenden Stähle X5CrNi18-10 und X8CrMnNi19-6-3, die aufgrund ihrer kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur und ihres daraus resultierenden andersartigen Verfestigungsverhaltens mit zusätzlicher Austenit-MartensitUmwandlung während der Umformung sehr hohe Festigkeiten bei gleichzeitig hohen Bruchdehnungswerten erreichen. 3.3 Prüf- und Dokumentationsrichtlinie

Im Rahmen des Projekts wurde von den Projektpartnern eine Prüf- und Dokumentationsrichtlinie (PuD) [3] erarbeitet. Diese Richtlinie beschreibt den Stand der Technik für die im Projekt angewendeten Prüfmethoden und die Vorgehensweise zur Dokumentation der Ergebnisse. Ziel war es, eine Grundlage für eine einheitliche Werkstoffkennwertermittlung zu schaffen. Dies ermöglicht eine Standardisierung des Datenaustauschs zwischen Prüfstellen, Stahlund Automobilherstellern und eine problemlose Einbindung der Daten in die FE-Simulationsprogramme. Die Festlegungen in der PuD übertreffen teilweise die bestehenden Prüfnormen im Hinblick auf Umfang und Genauigkeit deutlich.

3.2 Eingangsprüfung

3.4 Plastische Kennwerte ohne dynamische Zugversuche

Die am Institut für Eisenhüttenkunde (IEHK) der RWTH Aachen durchgeführte Eingangskontrolle setzte sich aus mehreren Komponenten zusammen. Um eine Verwechslung der Chargen auszuschließen, wurde eine chemische Analyse durchgeführt und mit der den Stahlherstellern vorliegenden Zusammensetzung verglichen. Zusätzlich wurden für jeden Stahl metallographisch an Längsschliffen sowohl das Gefüge untersucht als auch die Korngröße und die Phasenanteile bestimmt. Letzter Schritt der Eingangsprüfung war die Er-

Im quasistatischen Zugversuch wurden Fließkurven bei den Temperaturen -40 °C, 23 °C und 100 °C sowohl im Anlieferungszustand als auch in verschiedenen Vorverformungs- und Wärmebehandlungszuständen ermittelt. Des Weiteren wurden an den Versuchsblechen auch die Grenzformänderungsschaubilder, die Tiefzieh-Arbeitsbereiche und Grenzziehverhältnisse bestimmt. Details zu der Versuchsdurchführung und den Ergebnissen sind in [4] veröffentlicht.

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3.2 Eingangsprüfung

Just Point and Scan

Bild 2: Mechanische Eigenschaften der untersuchten Stähle – Vergleich mit den aus der Literatur entnommenen typischen Eigenschaftsfeldern [3] Figure 2: Mechanical properties of the tested steels – comparison with the typical property fields taken from literature [3]

3.4.1 Ergebnisse der Fließkurvenermittlung

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Bild 3: Zusammenstellung von Fließkurven der untersuchten Stähle [4] Figure 3: Compilation of flow curves of the tested steels [4]

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3.4.1 Ergebnisse der Fließkurvenermittlung

Bild 4: a) Fließkurven der Stähle DC04 und TRIP700Z; b) Fließkurven der Stähle DC04 und X8CrNi19-6-3 [4] Figure 4: a) Flow curves of steels DC04 and TRIP700Z; b) Flow curves of steels DC04 and X8CrNi19-6-3 [4]

Bild 5: Fließkurven artgleicher Stähle im Vergleich [4] Figure 5: Comparison of flow curves of generically related steels [4]

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3.4.1 Ergebnisse der Fließkurvenermittlung

Die in Bild 3 a dargestellte Zusammenstellung von Fließkurven aus dem quasistatischen Zugversuch veranschaulicht die Eigenschaftsbreite der derzeit zur Verfügung stehenden Feinblechwerkstoffe. Durch die Weiterentwicklung der einphasigen zu den mehrphasigen Stählen wurden die maximal erreichbaren Festigkeiten im Vergleich zum konventionellen Tiefziehstahl DC04 mehr als verdoppelt. Allerdings führte erst die Entwicklung der Mehrphasenstähle dazu, dass der realisierte Festigkeitsanstieg nicht mehr eine Abnahme der Dehnung nach sich zog. Bild 3 b zeigt die Fließkurven der niedriglegierten Stähle nochmals mit geänderter Achsenskalierung und zusätzlich die Fließkurven der beiden im Projekt untersuchten kaltgewalzten austenitischen nichtrostenden Stähle X5CrNi18-10 und X8CrMnNi19-6-3. Es ergeben sich aufgrund der kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur und der während der Umformung auftretenden teilweisen Umwandlung von Austenit in Martensit wesentlich höhere Dehnungen bei gleichzeitig sehr hohen Zugfestigkeiten bei den austenitischen nichtrostenden Stählen im Vergleich zu den ein- und mehrphasigen ferritischen Stählen. Bild 4 a und Bild 4 b geben exemplarisch die Ergebnisse der quasistatischen Zugversuche bei unterschiedlichen Temperaturen für ausgewählte Stähle wieder. Der Stahl DC04 zeigt mit abnehmender Temperatur höhere Fließspannungswerte und eine geringfügig niedrigere Gleichmaßdehnung bei Raumtemperatur als bei – 40 °C und 100 °C. Beim niedriglegierten TRIP-Stahl, Bild 4 a, und dem austenitischen nichtrostenden Stahl X8CrMnNi19-6-3, Bild 4 b, kommt zudem der TRIP- (Transformation Induced Plasticity) Effekt zum Tragen, der durch eine verformungsinduzierte Umwandlung von Austenit in Martensit zu einer erhöhten Verfestigung und damit zu einer Dehnungszunahme führt. Die Ergebnisse zeigen, dass Fließkurven artverwandter Stähle aufgrund ihres nahezu gleichen Verfestigungsverhaltens mit Hilfe von Werkstoffmodellen quantitativ aus Freigabekennwerten vorhersagbar sind. So belegt Bild 5 am Beispiel der BakeHardening-Stähle H180B und H260B sowie des Tiefziehstahls DC04, dass bei Stählen mit einphasigem ferritischem Gefüge aber unterschiedlicher Festigkeit eine Inter- und in Grenzen auch eine Extrapolation des Fließverhaltens durchaus denkbar erscheint. Nach den bisher vorliegenden Ergebnissen ist allerdings eine Modellierung von Fließkurven von artverwandten Stählen nur bei Raumtemperatur beziehungs-

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3.4.2 Ergebnisse der technologischen Blechprüfung

weise bei leicht erhöhten Temperaturen möglich. Bei einer Prüftemperatur von – 40 °C ändern sich hingegen die Fließkurve und das Verfestigungsverhalten signifikant und nicht einheitlich für die verschiedenen Stahlsorten. Noch schwieriger wird eine Modellierung der Mehrphasen-Stähle, die sich durch die erhebliche Abhängigkeit ihres Verfestigungsverhaltens von der Temperatur auszeichnen. Als Beispiele dienten hier bereits der TRIP-Stahl TRIP700Z sowie die austenitischen nichtrostenden Stahlsorten. Bei einigen Stählen wurden durch eine der Prüfung vorgeschaltete Wärmebehandlung von 20 min bei 170 °C das Bake-Hardening-Potenzial und die Auswirkung auf die Fließkurve untersucht. Ein Einfluss der vorgenommenen Wärmebehandlung auf den Fließkurvenverlauf bei höheren Dehnungen konnte nicht festgestellt werden. Es ergab sich eine Verschiebung des Fließkurvenbeginns aufgrund der Vorbehandlung, die allerdings den charakteristischen Fließkurvenverlauf nicht veränderte, so dass bei Kenntnis der Streckgrenzenerhöhung und der Lüdersdehnung eine Verwendung der Fließkurve des nicht wärmebehandelten Materials in Simulationsrechnungen möglich erscheint. 3.4.2 Ergebnisse der technologischen Blechprüfung

Der Vergleich von Grenzformänderungsdiagrammen verschiedener Stähle in Bild 6 a und Bild 6 b zeigt, dass diese auf unterschiedliche Weise auf die verschiedenen Formänderungszustände bei der Aufnahme der Diagramme reagieren. Der weiche Tiefziehstahl weist für alle Formänderungskombinationen höhere Grenzform-

Bild 6: Darstellung der Grenzformänderungsschaubilder bei Raumtemperatur, a) DC04 und H300X, b) H260B und TRIP700Z [4] Figure 6: Representation of the forming limit diagrams at room temperature, a) DC04 and H300X, b) H260B and TRIP700Z [4]

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3.4.2 Ergebnisse der technologischen Blechprüfung

Bild 7: Darstellung der Arbeitsbereiche der Stähle DC04, H300X und TRIP700Z, ermittelt im Näpfchen-Zugversuch [4] Figure 7: Representation of the working ranges of steels DC04, H300X and TRIP700Z, determined by means of the cup-drawing test [4]

änderungen auf als der Dualphasen-Stahl. Trotz seiner hohen Zugfestigkeit erreicht der TRIP-Stahl im linken Teilbereich des Grenzformänderungsschaubildes höhere Werte als der Bake-Hardening-Stahl. Im Streckziehbereich zeigt hingegen der Stahl H260B eine bessere Umformbarkeit. In Bild 7 sind die in Näpfchenversuchen bestimmten Arbeitsbereiche für das Tiefziehen einschließlich der Werte für das Grenzziehverhältnis βmax, die sich im Schnittpunkt der Bodenreißer- und Faltengrenze dargestellt. Der Arbeitsbereich wird gebildet durch die Grenzlinie für Bodenreißer (die maximal nutzbaren Niederhalterkräfte, die mit steigendem Ziehverhältnis abnehmen) und die Grenzlinie für Faltenbildung (die minimal erforderliche Niederhalterkraft, die mit dem Ziehverhältnis leicht zunimmt). Es ist zu erkennen, dass die Arbeitsbereiche der Stahlsorten selbst dann erhebliche Unterschiede aufweisen

3.6 Elastische Kennwerte Bild 8: E-Modul im Anlieferungszustand aller untersuchten Stähle; Probenlage: parallel (L), quer (Q) und diagonal (D) zur Walzrichtung; KB = Kaltband, WB = Warmband, 1.4301 = X5CrNi18-10, 1.4376 = X8CrMnNi19-6-3 [6] Figure 8: Modulus of elasticity of all the tested steels in the as-delivered condition; specimen position: parallel (L), transverse (Q) and diagonal (D) relative to the rolling direction, KB = cold rolled strip, WB = hot roled strip, 1.4301 = X5CrNi18-10, 1.4346 = X8CrMnNi19-6-3 [6]

Bild 9: Temperaturabhängigkeit des E-Moduls (Querproben – W 170); KB = Kaltband, WB = Warmband, 1.4301=X5CrNi18-10, 1.4376=X8CrMnNi19-6-3 [6] Figure 9: Temperature dependence of the modulus of elasticity (transverse specimens – W 170); KB = cold rolled strip, WB = hot roled strip, 1.4301 = X5CrNi18-10, 1.4346 = X8CrMnNi19-6-3 [6]

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3.7 Zyklische Kennwerte Tabelle 2: Ermittelte zyklische Kennwerte Table 2: Determined fatigue characteristic values

können, wenn ähnliche Grenzziehverhältnisse ein gleichartiges Werkstoffverhalten vermuten ließen. 3.5 Ergebnisse dynamischer Zugversuche

Dynamische Zugversuche mit hohen Dehnraten wurden zur Simulation des Crashverhaltens durchgeführt. In Absprache mit der

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Automobilindustrie wurden als Versuchsparameter die Temperaturen -40 °C, 23 °C und 100 °C sowie die Dehnraten 1, 20, 250 und 500 1/s im Anlieferungszustand und zusätzlich in verschiedenen Vorverformungs- und Wärmebehandlungszuständen festgelegt [5]. Die Untersuchung erbrachte charakteristische Unterschiede zwischen den einzel-

nen Stahlgruppen. So zeigten weiche Stähle, zum Beispiel DC04, DC06 oder H180B, eine starke Zunahme der Streckgrenzenverhältnisse Re / Rm bei hohen Dehnraten und niedrigen Prüftemperaturen. Hieraus ergaben sich für diese Stähle ein reduziertes Verfestigungspotenzial und deutlich geringere Gleichmaßdehnungen bei hohen Prüfgeschwindigkeiten und geringen Prüftem-

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peraturen. Dagegen zeigten die höherfesten phosphor- und mikrolegierten Stähle, alle Mehrphasenstähle sowie die austenitischen nichtrostenden Stähle eine geringere Temperaturabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften, vor allem der Streckgrenze. Die Untersuchungen haben gezeigt, wie wichtig experimentell ermittelte Daten für die FEM-Crashsimulation sind. Dabei bleibt es unerlässlich, die Daten in dynamischen Zugversuchen im relevanten Temperaturund Geschwindigkeitsbereich zu ermitteln, da eine Interpolation der Daten allein aus dem quasistatischen Zugversuch zu erheblichen Fehlinterpretationen des Werkstoffverhaltens führen kann. Die Details zu der Versuchsdurchführung und den Ergebnissen sind in [5] veröffentlicht.

für Warmband und für die untersuchten austenitischen nichtrostenden Stähle nur gering durch eine Vorverformung beeinträchtigt wird. Als eine Vorverformung ist auch das Dressieren zu verstehen. Durch eine Wärmebehandlung vorgereckter Proben tritt eine Erholung des E-Moduls, überwiegend bis auf den Wert des Anlieferungszustandes, ein.

Details zu der Versuchdurchführung und den Ergebnissen sind in [6] veröffentlicht. 3.7 Zyklische Kennwerte

Das örtliche Konzept wird bei der betriebsfesten Bauteilauslegung immer häufiger angewendet, wobei unter anderem die dehnungsgeregelt aufgenommene zykli-

Die Bedeutung des temperatur- und richtungsabhängigen E-Moduls für den Automobilbau ist in der Rückfederung beim Pressen von Blechen und der Steifigkeit von Automobilteilen begründet. Der E-Modul wurde mit dem Zugversuch für den Anlieferungszustand, nach Vorverformung und teilweise nach Wärmebehandlung bei Raumtemperatur sowie bei – 40 °C und bei + 100 °C ermittelt. Der E-Modul ist direkt von der Prüftemperatur abhängig, Bild 8. Für das Prüftemperaturintervall von – 40 °C bis + 100 °C wurde stahlsortenspezifisch eine Differenz von zirka 7 GPa bis 24 GPa ermittelt. Im Mittel aller Stahlsorten ist eine Abnahme des E-Moduls mit steigender Temperatur um 0,1 GPa/K festzustellen. Im Anlieferungszustand ist die Höhe des E-Moduls fertigungs- und stahlsortenspezifisch aufgrund der Textur von der Lage zur Walzrichtung abhängig, Bild 9. Die Zugversuche wurden deshalb für Proben in Längs-, Diagonal- und Querrichtung, jeweils bezogen auf die Walzrichtung, durchgeführt. Der für 20 Stahlsorten im Anlieferungszustand bestimmte Mittelwert des E-Moduls liegt bei 207,9 GPa. Zugproben, die aus Blechen im Anlieferungszustand quer zur Walzrichtung entnommen wurden, wurden einer Wärmebehandlung von 20 min bei 170 °C (W170) unterzogen. Lediglich für die Stahlsorte H260YD verringert sich der E-Modul signifikant über die Streuung der Einzelwerte hinaus. Ansonsten konnte durch die Wärmebehandlung keine oder eine geringe Zunahme des EModuls festgestellt werden, Bei ausgewählten ferritischen Stahlsorten wurde festgestellt, dass sich der E-Modul bereits nach einem Vorrecken von 2 % erheblich verringert, während der E-Modul

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BMS-PCF0104d

3.6 Elastische Kennwerte

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sche Spannungs-Dehnungs-Kurve und die Anrisswöhlerlinie des verwendeten Werkstoffs in die Berechnung von örtlichen elasto-plastischen Beanspruchungen und schließlich in die Lebensdauerabschätzung Eingang finden. Das zyklische, elasto-plastische Werkstoffverhalten wird durch die Coffin-Manson-Gleichung (Gl. 1, dehnungsgeregelt aufgenommene Anrisswöhlerlinie) und durch die Ramberg-Osgood-Gleichung (Gl. 2, Spannungs-Dehnungs-Kurve) beschrieben, deren Konstanten mit Hilfe von Kompatibilitätsbedingungen (Gl. 3 und Gl. 4) abgeleitet werden.

ε a ,t = ε a , e + ε a , p =

σ 'f (2 Ni )b + ε 'f (2 Ni )c Gl. (1) E

ε a ,t = ε a , e + ε a , p =

σa ⎛ σa ⎞ + E ⎝ K' ⎠

σ 'f n' ε 'f

K' =

b c

Für die finanzielle Unterstützung zur Durchführung der Arbeiten wird den beteiligten Unternehmen aus der Stahl- und Automobilindustrie gedankt. Ferner sei an dieser Stelle Frau Dr. Nicklas (zur Zeit der Untersuchung Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH Aachen) sowie den Herren Dr. Breidohr (Stahlwerke Bremen GmbH), Dr. Engl, (MgF Magnesium Flachprodukte GmbH), Dr. Hatscher (zur Zeit der Untersuchung Institut für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit der TU Clausthal), Ing. Hinterdorfer (voestalpine Stahl GmbH), Dr. Kaufmann (Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF), Dr. Liebertz (Volkswagen AG), Dr. Liu (Volkswagen AG), Dr. Ohlert (zur Zeit der Untersuchung IEHK der RWTH Aachen), Dr. Oppermann (BMW AG), Dipl.-Ing. Sonne (zur Zeit der Untersuchung Thyssen-Krupp Stahl AG), Dr. Werner (BMW AG) und Prof. Zenner (zur Zeit der Untersuchung Institut für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit der TU Clausthal) als Mitglieder der Arbeitsgruppen „Plastische, elastische und zyklische Kennwerte“ für ihre Beiträge gedankt.

1/ n'

Gl. (2) Gl. (3)

und n' =

Danksagung

Gl. (4)

Diese Kennwerte wurden für 17 Stähle für Feinblech in verschiedenen Anliefe-

rungs- und Verformungszuständen unter – 40 °C, Raumtemperatur und + 100 °C mit 37 Versuchsreihen Anrisswöhlerlinien und zügige beziehungsweise zyklische Spannungs-Dehnungs-Kurven bestimmt [7]. Sämtliche Versuchspunkte, Hysteresen und ermittelte zyklische Kennwerte liegen in einer Datenbank vor.

In Tabelle 2 sind alle ermittelten zyklischen Kennwerte für die untersuchten Stahlsorten einschließlich der zyklischen Dehngrenze R’p0,2 zusammengefasst. Bei diesen Daten handelt es sich um Mittelwerte (Überlebenswahrscheinlichkeit Pü = 50 %), die aus Regressionsrechnungen stammen.

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4 Ausblick

Die umfangreiche Charakterisierung von 20 Stählen für Feinblech mit dem Ziel, Eingabekennwerte für FE-Berechnungen zu erhalten, erbrachte einen erheblichen Erfahrungszuwachs im Bereich der Messtechnik sowie der Datenerfassung und -weiterverarbeitung. Wie die Ergebnisse zeigen, existieren Werkstoffgruppen, im Rahmen derer die Verfestigungscharakteristik nahezu gleich erscheint. Dadurch ergeben sich Möglichkeiten, Kennwerte und Fließkurven von artverwandten Stählen mit Hilfe von Werkstoffmodellen vorhersagen zu können. Hierdurch soll nicht zuletzt der zur Werkstoffkennzeichnung erforderliche Prüfaufwand erheblich reduziert werden. Diese Thematik steht im Rahmen eines Nachfolgeprojektes, das durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. gefördert wird, im Mittelpunkt der Untersuchungen.

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Literaturhinweise [1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6] [7]

Werner, H.; Gese, H.: Zur Bedeutung dehnratenabhängiger Werkstoffkennwerte in der Crashsimulation. Tagungsband „Werkstoffprüfung 2002-Kennwertermittlung für die Praxis“, 05.–06.12.2002, Bad Nauheim, S. 139/146 Scholz, S.-P.: Werkstoffkennwerte für die Simulation von Bauteilbeanspruchungen, Tagungsband „Werkstoffprüfung 2000“, 07.– 08.12.2000, Bad Nauheim, S. 47/62 Bleck, W.; Engl, B.; Frehn, A.; Nicklas, D.; Steinbeck, G.: Ermittlung von Berechnungskennwerten an Karosseriewerkstoffen – Bericht über ein Gemeinschaftsprojekt der Stahlund Automobilindustrie, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2004, 35, No. 8, S. 483 Bleck, W.; Frehn, A.; Ohlert, J.; Steinbeck, G.: Einfluss von Temperatur und Vorverformung auf das plastische Werkstoffverhalten von modernen Karosseriestählen, ibd., S. 495 Bleck, W.; Frehn, A.; Larour, P.; Steinbeck, G.: Untersuchungen zur Ermittlung der Dehnratenabhängigkeit von modernen Karosseriestählen, ibd., S. 505 Evertz, T.; Sonne, H.-M., Steinbeck, G.; Engl, B.: Werkstoffverhalten unter zügiger elastischer Beanspruchung, ibd., S. 514 Sonsino, C.M.; Kaufmann, H.; Masendorf, R.; Hatscher, A.; Zenner, H.; Bork, C.-P.; Hinterdorfer, J.; Sonne, H.M.; Engl, B.; Steinbeck, G.: Werkstoffkennwerte für die Lebensdauerberechnung von Strukturen aus Stahlfeinblechen für den Automobilbau, ibd., S. 522

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ATZ 5/2005 Jahrgang 107

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