Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Leichtbauteile rissfest fertigen

03.09.2012
Kaltrisse in hochfesten Stählen stellen den Fahrzeug- und Maschinenbau vor große Herausforderungen in der Qualitätssicherung, da sie bislang schlecht vorhersehbar sind. Ein neues Verfahren ermittelt schon im Entwurfsstadium, ob kritische Bedingungen für solche Schäden vermieden werden können. So sinken Entwicklungszeiten und -kosten.

Autos, Dachkonstruktionen und Brücken sollen bei gleicher Stabilität immer leichter und damit energie- und materialsparender werden. Neue, hochfeste Stähle eignen sich hervorragend für die dafür benötigte Leichtbauweise, da sie auch sehr hohen Belastungen standhalten.


Im Versuch wird die Materialprobe bis zur Schweiß-Temperatur erhitzt, um ihre kritischen Bedingungen zur Kaltrissbildung zu ermitteln.
© Lehrstuhl Fügetechnik der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus

Doch diese Werkstoffe haben auch einen Nachteil: Je fester sie sind, desto anfälliger für Kaltrisse sind sie beim Schweißen. Diese feinen Brüche können entstehen, während geschweißte Verbindungen wieder abkühlen – meist unterhalb einer Temperatur von 200 °C. Im schlimmsten Fall bricht die Schweißnaht. Viele Industriebereiche setzen darum die vielversprechenden hochfesten Stähle nur zögerlich ein.

Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg haben gemeinsam mit dem Lehrstuhl Füge- und Schweißtechnik LFT der BTU Cottbus ein neues Verfahren entwickelt, das Kaltrisse vorhersehbarer macht. »Wir können bereits im Entwurfsstadium eines Bauteils die Wahrscheinlichkeit von Kaltrissen berechnen und auch gleich Abhilfemaßnahmen durchspielen«, erklärt Frank Schweizer vom IWM. Denn ob und wie schnell solche Kaltrisse entstehen, hängt davon ab, wie hoch die Konzentration von Wasserstoff im Stahl ist, wie die Eigenspannung des Materials ausfällt und wie seine Mikrostruktur beschaffen ist. Bislang ließ sich die Wahrscheinlichkeit, dass es zu Rissen kommt, schlecht vorhersagen. Die Hersteller mussten aufwändige Versuche durchführen, beispielsweise ein Probeteil einer immer höheren Zugspannung aussetzen und beobachten, bei welcher Belastung Risse entstehen. Doch diese Tests sind sehr zeit- und kostenintensiv und auch nicht eins zu eins auf das spätere Bauteil übertragbar: Denn dessen Geometrie beeinflusst die Rissbildung entscheidend. Auch die verfügbaren Computersimulationen brachten bisher nicht die gewünschten Vorhersagegenauigkeiten für reale Bauteile.

Produktionskosten senken, Entwicklungszeiten verkürzen

Der neue Ansatz könnte solche aufwändigen Methoden zukünftig deutlich reduzieren – und damit Produktionskosten senken sowie Entwicklungszeiten verkürzen. Die Experten am LFT haben einen speziellen Versuchsaufbau entwickelt, um an Proben von hochfesten Stählen das Risskriterium präzise zu ermitteln. Neben den typischen Einflussfaktoren wie Wasserstoffgehalt, Eigenspannungen und Materialgefüge, die parallel eingestellt werden können, ziehen sie dabei die starken Temperaturgradienten in Betracht, die beim Schweißen auftreten.

Mit diesem Kriterium füttern die Fachleute am IWM eine Computersimulation, um für beliebige Bauteile und Geometrien zu analysieren, ob Kaltrisse drohen. »Auf diese Weise sind wir in der Lage, für jede Stelle und jeden Zeitpunkt des simulierten Schweißprozesses kaltrissgefährdete Bereiche einer Schweißnaht ausfindig zu machen«, erläutert Schweizer. Auch die Auswirkungen von Gegenmaßnahmen können die Forscher so im Vorfeld überprüfen und nötigenfalls anpassen: Dazu übertragen sie die Ergebnisse wieder in die Simulation zurück, um sie dort weiter anzupassen.

Hersteller von Fahrzeugen oder Maschinen könnten mithilfe dieses Verfahrens also zukünftig für ihre Werkstoffe schon im Vorfeld unkritische Schweißparameter und Randbedingungen festlegen – und so den Fertigungsprozess deutlich effizienter und sicherer gestalten. Dies gilt besonders für schwer zu schweißende Materialien mit sehr engen Prozessfenstern hinsichtlich Schweißparametern oder Vor- und Nachwärmtemperaturen. Fraunhofer IWM und LFT testen ihr neues Verfahren derzeit in Kooperation mit der Robert Bosch GmbH und der ThyssenKrupp Steel Europe AG an laserstrahlgeschweißten Demonstratoren aus hochfesten Stählen.

Frank Schweizer | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2012/september/leichtbauteile-rissfest-fertigen.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Ultradünne transparente Silberschichten für Solarzellen
12.11.2018 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Heraeus erzielt Qualitätsschub beim 3D-Druck von hochleitfähigem Kupfer
08.11.2018 | Heraeus Holding GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Im Focus: A Chip with Blood Vessels

Biochips have been developed at TU Wien (Vienna), on which tissue can be produced and examined. This allows supplying the tissue with different substances in a very controlled way.

Cultivating human cells in the Petri dish is not a big challenge today. Producing artificial tissue, however, permeated by fine blood vessels, is a much more...

Im Focus: Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.

Aluminiumlegierungen verfügen über einzigartige Materialeigenschaften und sind unverzichtbare Werkstoffe im Flugzeugbau sowie in der Weltraumtechnik.

Im Focus: Graphen auf dem Weg zur Supraleitung

Doppelschichten aus Graphen haben eine Eigenschaft, die ihnen erlauben könnte, Strom völlig widerstandslos zu leiten. Dies zeigt nun eine Arbeit an BESSY II. Ein Team hat dafür die Bandstruktur dieser Proben mit extrem hoher Präzision ausgemessen und an einer überraschenden Stelle einen flachen Bereich entdeckt. Möglich wurde dies durch die extrem hohe Auflösung des ARPES-Instruments an BESSY II.

Aus reinem Kohlenstoff bestehen so unterschiedliche Materialien wie Diamant, Graphit oder Graphen. In Graphen bilden die Kohlenstoffatome ein zweidimensionales...

Im Focus: Datensicherheit: Aufbruch in die Quantentechnologie

Den Datenverkehr noch schneller und abhörsicher machen: Darauf zielt ein neues Verbundprojekt ab, an dem Physiker der Uni Würzburg beteiligt sind. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt mit 14,8 Millionen Euro.

Je stärker die Digitalisierung voranschreitet, umso mehr gewinnen Datensicherheit und sichere Kommunikation an Bedeutung. Für diese Ziele ist die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

Wer rechnet schneller? Algorithmen und ihre gesellschaftliche Überwachung

12.11.2018 | Veranstaltungen

Profilierte Ausblicke auf die Mobilität von morgen

12.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

MagicMoney: Offline bezahlen – mit deinem Smartphone

13.11.2018 | Wirtschaft Finanzen

5G sichert Zukunft von Industrie 4.0 – DFKI mit der SmartFactoryKL auf der SPS IPC Drives

13.11.2018 | Messenachrichten

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics