Durchbruch für Tailored Tempering

Das Tailored Tempering Verfahren – eine Weiterentwicklung der Warmumform-technologie zur Herstellung von Bauteilen mit lokal unterschiedlichen und präzise eingestellten Dehnungs- und Festigkeitseigenschaften – hat den industriellen Durchbruch geschafft. ThyssenKrupp Umformtechnik wird für einen deutschen Automobilhersteller für jährlich mehr als 100.000 Fahrzeuge B-Säulen im Tailored Tempering Verfahren herstellen.

Mit der Warmumform-Technologie, englisch Hot Forming, lassen sich bei Automobilbauteilen bis zu 30 Prozent Gewicht sparen. Das Verfahren erlebt derzeit einen Boom im Automobilbau. Beim Hot Forming werden mit Mangan und Bor legierte Stahlbleche auf 880 bis 950°C erhitzt, umgeformt und im Umformwerkzeug schnell und kontrolliert abgekühlt. Durch die spezielle Legierung des Stahls und die hohe Abkühlgeschwindigkeit entstehen Bauteile mit Festigkeiten von bis zu 1.500 Megapascal (MPa). Das sind deutlich höhere Werte als bei den derzeit leistungsfähigsten kalt umformbaren Stählen. Leichter sind die Bauteile, weil man sie angesichts der hohen Festigkeit mit dünneren Materialstärken konstruieren beziehungsweise auf zusätzliche Verstärkungsteile verzichten kann.

In einem Schritt zu unterschiedlichen Festigkeiten

Mit der konventionellen Warmumformung lassen sich allerdings nur Bauteile herstellen, die überall gleich fest sind. Mit Tailored Tempering sind jetzt Teile produzierbar, die nicht nur sehr fest, sondern in bestimmten Bereichen auch nachgiebig sind. Diese Eigenschaften braucht man zum Beispiel bei crashrelevanten Bauteilen, die nicht nur die Insassen schützen, sondern durch Verformung auch gezielt Aufprallenergie abbauen sollen. Beispiel B-Säule: Die vom Schweller zum Dachrahmen führende Säule muss im unteren Drittel Crashenergie abbauen. Im oberen Bereich stabilisiert sie die Fahrgastzelle und schützt die Insassen beim Seitenaufprall. Mit dem für ThyssenKrupp Steel Europe patentierten Verfahren, das die ThyssenKrupp Umformtechnik, Hersteller von Komponenten für Autokarosserien und -fahrwerke, zur industriellen Reife entwickelt hat, lassen sich solche Bauteile in einem einzigen Arbeitsschritt aus einem homogenen Stahlblech herstellen. Möglich macht das ein neu entwickeltes, flexibel beheizbares Umformwerkzeug. Durch unterschiedliche Temperaturzonen im Werkzeug wird das aufgeheizte Blech beim Umformen unterschiedlich schnell abgekühlt. Dabei entsteht ein Bauteil mit lokal unterschiedlichen und präzise eingestellten Dehnungs- und Festigkeitseigenschaften. Wirtschaftlich lohnt sich die Technologie, weil sie mehrere Prozessschritte und Einzelteile einsparen kann.

Flexibel und präzise

Die neue Technologie arbeitet ebenso flexibel wie präzise. So lassen sich mit dem Verfahren auch Komponenten herstellen, bei denen Festigkeit und Dehnung auf mehrere, abwechselnde Zonen verteilt sind. Der Bereich, in dem der Festigkeitsübergang zwischen harten und dehnbaren Zonen stattfindet, ist mit etwa 15 bis 60 mm – je nach Blechdicke – äußerst schmal. Bauteileigenschaften und Übergangsbereiche sind mit dem Verfahren präzise reproduzierbar. Was mit dem Tailored Tempering Verfahren möglich ist, hatte ThyssenKrupp Steel Europe schon auf der letzten Blechexpo Ende letzten Jahres mit einer B-Säule gezeigt. Das ausgestellte Bauteil aus dem Warmumformstahl MBW 1500 besitzt im oberen Bereich eine Festigkeit von 1.500 Megapascal (MPa). Der Fuß der Säule besitzt eine Bruchdehnung von 15 Prozent – genug um hier Crashenergie durch Bauteilverfomrung abzubauen. Im Vergleich zum Referenzbauteil, einer aus einem Tailored Blank mit Dickensprung gefertigten B-Säule eines Fahrzeugs der oberen Mittelklasse, besitzt die Tailored Tempering B-Säule eine um 0,50 mm beziehungsweise um 0,30 mm verringerte Wandstärke von durchgängig 1,70 mm. Die B-Säulenverstärkung, wie bei der Referenz als konventionelles Warmumformbauteil aus MBW 1500 gefertigt, konnte um 0,40 mm auf 2,10 mm verringert werden. Das Gewicht konnte um 17 Prozent – das entspricht 3,21 kg – reduziert werden und die Kosten für das Bauteil sind um zwölf Prozent geringer als bei der Referenz. Die im Tailored Tempering Verfahren gefertigte B-Säule ist eine Innovation aus dem InCar-Projekt des ThyssenKrupp Konzerns. Bei InCar haben ThyssenKrupp Ingenieure aus den Business Areas Steel Europe und Components Technology 35 Innovationen für den Automobilbau entwickelt. Das Projekt bietet neue Lösungen sowohl für die Karosserie, als auch für Fahrwerk und Antrieb. Mit InCar-Innovationen kann der Kunde Ressourcen schonen, Kosten sparen oder Autos mit verbesserten Funktionen bauen – je nachdem, welches Entwicklungsziel für ihn wichtig ist. Gleichzeitig sind die Innovationen so abgesichert, dass sie mit deutlich verringertem Aufwand in die Serienfertigung übernommen werden können. Die Tailored Tempering B-Säule beispielsweise ist strukturmechanisch und fertigungstechnisch abgesichert. An Prototypen wurden umfassende Hardwaretests durchgeführt. W

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