Laserbehandelter Stahl für die Automobilindustrie
Lokale Wärmebehandlung von hochfesten Stählen ermöglicht eine räumlich begrenzte Entfestigung.
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.
Abb.: Lokale Laser-Wärmebehandlung an einer B-Säule (Bild: Fh.-ILT)
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.
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.
Abb.: Lokale Wärmebehandlung mit rechteckigem Laserstrahlprofil (Bild: Fh.-ILT)
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.
Das neu entwickelte Verfahren ermöglicht Werkstoff- und bauteilangepasste Lösungen für die lokale Laser-Wärmebehandlung von Blechwerkstoffen mit Anlassen, Rekristallisieren oder Härten über das Entfestigen hinaus. 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 zeigt das Laserverfahren besonders bei kleinen Entfestigungszonen seine Überlegenheit, insbesondere wenn Flexibilität gefragt ist. Auf der Messe EuroBlech vom 23.-27. Oktober 2012 in Hannover präsentieren Experten des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 11 Stand B06 wärmebehandelte Bauteile.
Fh.-ILT / OD
