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Durch die Notwendigkeit, Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen von Automobilen bei steigenden Komfort- und Sicherheitsanforderungen weiter zu reduzieren, nimmt die Bedeutung intelligenten und kosteneffizienten Leichtbaus stetig zu. In Kombination mit neuartigen Bauweisen und innovativen Fertigungstechnologien stellen insbesondere leichte und hochfeste Werkstoffe ein geeignetes Mittel zur Reduktion von Bauteil- und Fahrzeuggewicht dar.
Die in den letzten Jahren entwickelten hoch- und höchstfesten kaltumformbaren Stahlsorten erlauben aufgrund ihrer hohen Festigkeiten von bis zu 1.200 MPa eine Reduzierung der Blechdicke bei gleicher Bauteilfestigkeit und eine Verbesserung spezifischer Bauteileigenschaften. Mit der Zunahme der Festigkeit muss jedoch meist eine Verringerung der Duktilität und damit der Umformbarkeit in Kauf genommen werden, die die konstruktive Flexibilität bei der Bauteilauslegung einschränkt.
Am Max-Planck-Institut für Eisenforschung wurde eine neue Gruppe hochmanganhaltiger Leichtbaustähle entwickelt, die sowohl über hohe Festigkeiten als auch über exzellente isotrope Kaltumformeigenschaften verfügen. Aufgrund ihrer besonderen Legierungszusammensetzung, die jeweils Massenanteile von bis zu 28 % Mangan, 12 % Aluminium und 1,2 % Kohlenstoff aufweisen kann, zeichnet sich diese Werkstoffklasse auch durch eine um mehr als 15 % verringerte Dichte im Vergleich zu konventionellen Stählen aus.
Die Gefüge dieser sogenannten „TRIPLEX-Stähle" bestehen aus einer stabilen austenitischen Matrix mit eingelagerten Ferritinseln und feindispers verteilten κ-Karbidausscheidungen, die die mechanischen Eigenschaften maßgeblich beeinflussen. Durch die genaue Abstimmung der Legierungsanteile aufeinander werden Ausprägung und Größe der Karbide so eingestellt, dass sich bei der Umformung homogene Scherbänder bilden.
Dieser als SIP-Effekt (Shear Band Induced Plasticity) bezeichnete Verformungsmechanismus ermöglicht plastische Dehnungen bis zu 70 % und bestimmt die gute Kaltumformbarkeit der Stähle. Durch eine nachträgliche Wärmebehandlung können die mechanischen Eigenschaften zudem in einem weiten Bereich maßgeschneidert eingestellt und die bereits hohen Ausgangsfestigkeiten von rund 700 MPa auf bis zu 1.100 MPa gesteigert werden.
Da der SIP-Effekt bei entsprechender Legierungszusammen-setzung auch bei hohen Verformungsgeschwindigkeiten abläuft, verfügen TRIPLEX-Stähle über ein außerordentlich gutes Verformungsverhalten im Crashfall. Das Energieaufnahmevermögen dieser Stähle übertrifft das der aktuell eingesetzten Leichtbaustähle um das Zwei- bis Dreifache.
Die ausgewogenen mechanischen Eigenschaften und die deutlich reduzierte Dichte machen den Einsatz von TRIPLEX-Stählen insbesondere im Fahrzeugbau interessant. Zusammen mit dem reduzierten Materialeinsatz ermöglicht die geringe Dichte Einsparungen bei Bauteilgewichten von über 30 %. Die außerordentlich hohe Kaltzähigkeit bei Temperaturen bis zu -100 °C eröffnet TRIPLEX-Stählen darüber hinaus großes Potenzial für Anwendungen in Tieftemperaturbereichen und im Stahlbau.
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