Fester und leichter: Laserbehandelter Stahl für die Automobilindustrie

So lässt sich lokal die Umformbarkeit erhöhen und die Autobauer können mit festeren Stählen durch geringere Blechdicke Gewicht sparen ohne dass dabei die Funktion der Teile eingeschränkt wird.

Auf der EuroBlech vom 23. – 27. Oktober 2012 in Hannover zeigen Experten des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 11 Stand B06 wärmebehandelte Bauteile wie zum Beispiel eine B-Säule.

Das Einsparen von Gewicht ist heute ein Anliegen aller Automobilhersteller: Jedes gesparte Kilogramm ermöglicht einen reduzierten Kraftstoffverbrauch oder eine erhöhte Dynamik des Wagens. Dafür werden seit Jahren neue Werkstoffe und neue Bearbeitungsverfahren entwickelt, um beispielsweise im Karosseriebereich Kosten und Material zu sparen. Tailored Blanks waren ein großer Schritt in diese Richtung, damit sind bereits Bleche mit lokal angepassten Eigenschaften verfügbar.

Ein Konsortium unter Beteiligung von Automobilherstellern, Stahlanbietern, einem Werkzeugbauer, einem Laserhersteller und drei Forschungsinstituten ist jetzt einen neuen Weg gegangen. Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung haben sie im Rahmen des Projekts »LOKWAB« Verfahren zur lokalen Entfestigung von Blechen durch Wärmeeintrag entwickelt.
Das Ziel war dabei eine lokale und definierte Entfestigung hochfester Stähle. Das neu entwickelte Verfahren ermöglicht es nun, das Material mit dem Laser so zu behandeln, dass es an den modifizierten Stellen deutlich weiter tiefgezogen werden kann ohne dass sich Risse bilden. Auch verzinkte Bleche können behandelt werden, ohne dass der Korrosionsschutz beeinträchtigt wird. Darüber hinaus soll die Wärmebehandlung auch an pressgehärteten Bauteilen eingesetzt werden, um beispielsweise die Fügbarkeit durch Punktschweißen zu verbessern.

Das Verfahren

In umfangreichen Versuchen und Simulationen wurden optimale Prozessparameter für die Laser-Wärmebehandlung verschiedener Stähle ermittelt. Dafür wurde ein fasergekoppelter 10 kW Hochleistungsdiodenlaser verwendet, der mit einer speziellen Optik einen rechteckigen Strahl von bis zu 90 mm Breite auf das Werkstück projiziert. Große Bereiche können so in einer Überfahrt entfestigt werden, die Zoomoptik gestattet eine Anpassung des Strahlprofils. Eine Temperaturüberwachung koaxial zum Laserstrahl ermöglicht die Regelung der Wärmebehandlung.

Anwendung B-Säule

Im Rahmen der Versuche wurden auch lokal laserbehandelte Bleche zu B-Säulen umgeformt. Die Wärmebehandlung ermöglichte dabei den Einsatz der besonders harten Stahlsorte MS-W1200. Im Crashtest zeigte sich diese B-Säule einer aus hochfestem Stahl gleicher Dicke (CP-W800) hergestellten klar überlegen.
Blick auf die Prozesskette

Das neu entwickelte Verfahren ermöglicht Werkstoff- und bauteilangepasste Lösungen für die lokale Laser-Wärmebehandlung von Blechwerkstoffen über das Entfestigen hinaus (Anlassen, Rekristallisieren, Härten). Auch die Einstellung gradierter Eigenschaften über die Blechdicke wird möglich. Neben der rein technischen Entwicklung wurde auch eine betriebswirtschaftliche Betrachtung des Verfahrens über die gesamte Prozesskette in der Fertigung durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass das Laserverfahren besonders bei kleinen Entfestigungszonen herkömmlichen Verfahren überlegen ist, insbesondere wenn Flexibilität gefragt ist.

Ansprechpartner

Dr. Andreas Weisheit
Leiter der Gruppe Beschichten und Wärmebehandlung
Telefon +49 241 8906-403
andreas.weisheit@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen
Dipl.-Ing. Georg Bergweiler
Gruppe Beschichten und Wärmebehandlung
Telefon +49 241 8906-602
georg.bergweiler@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen