Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

Zugl.: Clausthal, Techn. Univ., Diss., 2007

Die neuen TRIP-Matrix-Composite-Werkstoffe - verstärkt durch mit MgO teilstabilisiertem ZrO2 - gestatten es, durch die Besonderheiten der beteiligten Phasen eine gute Eigenschaftskombination hinsichtlich hoher Festigkeits- und Dehnungswerte zu erzielen. Aus diesem Grund ist die vorliegende Arbeit der Erforschung wissenschaftlicher Grundlagen zur Herstellung von TRIP-Matrix-Compositen sowie zur Analyse deren Eigenschaften in Abhängigkeit von den unterschiedlichen pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren, wie konventionelles und konduktives Sintern sowie Heißpressen gewidmet worden. Als Ergebnis ist ein tieferes Verständnis der Kinetik von Sinterprozessen mit dem Aufbau eines physikalisch-mathematischen Modells festzuhalten. Ferner wurden mit weiterführenden Untersuchungen erste Ansätze zur Auslegung von Warmumformprozessen von gesinterten Halbzeugen aus dem Verbundwerkstoff durch quantitative Beschreibung der Entfestigungskinetik geleistet.

Die neuen TRIP-Matrix-Composite-Werkstoffe - verstärkt durch mit MgO teilstabilisiertem ZrO2 - gestatten es, durch die Besonderheiten der beteiligten Phasen eine gute Eigenschaftskombination hinsichtlich hoher Festigkeits- und Dehnungswerte zu erzielen. Aus diesem Grund ist die vorliegende Arbeit der Erforschung wissenschaftlicher Grundlagen zur Herstellung von TRIP-Matrix-Compositen sowie zur Analyse deren Eigenschaften in Abhängigkeit von den unterschiedlichen pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren, wie konventionelles und konduktives Sintern sowie Heißpressen gewidmet worden. Als Ergebnis ist ein tieferes Verständnis der Kinetik von Sinterprozessen mit dem Aufbau eines physikalisch-mathematischen Modells festzuhalten. Ferner wurden mit weiterführenden Untersuchungen erste Ansätze zur Auslegung von Warmumformprozessen von gesinterten Halbzeugen aus dem Verbundwerkstoff durch quantitative Beschreibung der Entfestigungskinetik geleistet.

Die Kombination von hoher Festigkeit und guter Dehnung ist eine wichtige Anforderung an moderne Werkstoffarten. Es wird angestrebt, diese Werkstoffeigenschaften effektiv und preiswert zu erreichen. TRIP-Stähle stellen eine Werkstoffart dar, welche im Stande ist, diese Kriterien zu erfüllen. Die hervorragenden Eigenschaften dieser Stahlart sind nicht nur durch das von Ferrit, Bainit und Restaustenit gebildete Mehrphasengefüge gegeben, sondern werden auch durch den TRIP-Effekt (transformation induced plasticity) begünstigt. Als TRIP-Effekt wird die Umwandlung von Restaustenit in verformungsinduzierten Martensit während der Kaltverformung bezeichnet. In der Automobilindustrie werden TRIP-Stähle insbesondere für die Herstellung von Sicherheitskomponenten verwendet, da sie über die Fähigkeit verfügen, ein großes Ausmaß an Verformungsenergie während des Aufpralls zu absorbieren. Die hohe Festigkeit ermöglicht eine weitere Senkung des Komponentengewichtes. TRIP-Werkstoffe sind jedoch nicht nur für die Herstellung von Blechkomponenten interessant, sondern können auch bei anderen Anwendungen eingesetzt werden, z.B. bei der Massivumformung. Bei der Massivumformung von TRIP-Stählen entstehen Probleme, die bei der Blechbehandlung nicht auftreten. Es handelt sich insbesondere um die Notwendigkeit eine gleichmäßige Verformungs- und Temperaturfeldverteilung über den ganzen Werkstoffquerschnitt zu gewährleisten. Es ist wichtig, eine richtige Abkühlung der Proben zu erreichen, damit auch in der Probenmitte eine ausreichende Abkühlgeschwindigkeit erreicht wird, welche die Entstehung eines Ferrit-Bainit-Gefüges ermöglicht und die Restaustenitstabilität unterstützt. Diese Probleme schränken die Produktionsmöglichkeit eines komplexen TRIP-Gefüges in Massivhalbzeugen in der Industrie ein. Für diese Arbeit wurden technologische Möglichkeiten, Parameter der thermomechanischen Behandlung und Endeigenschaften von insgesamt drei niedriglegierten TRIP-Stählen untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichten die Herstellung relativ dickwandiger Hohlhalbzeuge. Dazu wurde eine Herstellungskette genutzt, die Bohrungsdrücken, interkritisches Glühen und Kaltdrückwalzen für optimale Werkstoffeigenschaften beinhaltet. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse wurde sogar nachgewiesen, dass aus den im Rahmen dieser Arbeit bearbeiteten Werkstoffen Halbzeuge gewonnen werden können, die sowohl eine höhere Festigkeit also auch eine höhere Dehnung aufweisen als konventionell hergestellte Bleche aus niedriglegierten TRIP-Stählen.

Ein Schwerpunkt der Arbeit ist die lokale Phasenanalyse keramischer Systeme mittels EBSD. Insbesondere bei MMC auf der Basis von TRIP-Stahl/Mg-PSZ ist die Ortsauflösung der bisher üblichen XRD-Phasenanalyse nicht ausreichend. Das gilt auch für die Analyse von Grenzflächenreaktionen, wie sie zum Beispiel bei Korrosionsprozessen auftreten. Es wurde eine Methode der Probenpräparation entwickelt und erfolgreich für unterschiedliche keramische Systeme eingesetzt. Ein Ergebnis ist der Nachweis von spannungs-assistierten Phasenumwandlungen in Mg-PSZ. Zweiter Schwerpunkt ist die Entwicklung einer in situ Druckverformungsapparatur für einen Labor-Röntgen-Tomographen. Mit dieser Apparatur können Druckverformungskräfte bis 100 kN erreicht werden. Tomographische Untersuchungen werden unter Druckspannung durchgeführt. Im Rahmen der Arbeit wurde insbesondere das Verformungs- und Schädigungsverhalten von MMC in Form von Schäumen und Wabenkörpern detailliert untersucht.

In der Arbeit werden spezielle Kupferlote im MIG- und Laserlötverfahren an Stählen mit unterschiedlichem Festigkeitsverhalten untersucht. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, den Lötprozess durch den Einsatz spezieller Kupferbasislote zu optimieren und durch reduzierten Energieeintrag ein homogeneres Eigenschaftsfeld im Bereich der Fügestelle zu erzeugen. Den Verarbeitern dieser Werkstoffe soll die Möglichkeit gegeben werden, diese Werkstoffe rationeller und mit höherer Effektivität zu verarbeiten. Im Ergebnis der Arbeit sollen Verbesserungen der Eigenschaften der Lötnähte erzielt werden, die besonders in der Dünnblechverarbeitung mit Schwerpunkt Karosseriebau Anwendung finden. Wesentliche Ziele sind die Erhöhung der Festigkeitseigenschaften, eine Erhöhung der Fügegeschwindigkeit, die Verbesserung des Phosphatierungsverhaltens sowie eine Reduzierung der eingebrachten Wärmeenergie. Die Vielfältigkeit dieser Anforderungen macht es notwendig, die Versuche sowohl im Laser- als auch im MIG-Lötverfahren durchzuführen. Die Lötverfahren werden in der Praxis für unterschiedliche Anforderungen innerhalb der Karosserie eingesetzt. Das Fügen von hochfesten Strukturelementen oder Außenhautbauteilen erfordert in Abhängigkeit von den Anforderungen die Verwendung ausgewählter Zusatzwerkstoffe. Die Vielfältigkeit der Werkstoffe und der Anforderungen spiegelt sich in den Untersuchungen der vorliegenden Arbeit wieder. Für weitergehende Untersuchungen, speziell im hochfesten Blechbereich, soll die Arbeit entsprechende Grundlagen bieten. Als Vorlage für die Erarbeitung von experimentellen und theoretischen Methodiken der Prozessbetrachtung werden neben typischen Kupferloten neu entwickelte Lotlegierungen verwendet. Bei der Betrachtung der Kupferlegierungen werden die unterschiedlichen Einflüsse auf den Fügeprozess definiert und beschrieben. Es wird festgestellt, dass niedrig schmelzende Lote mit ausgewählter Legierungszusammensetzung im Gegensatz zu Eisenbasis-Schweißdrähten einen geringeren negativen Einfluss auf das Gefüge der Bleche im Nahtbereich ausüben. Um die thermische Beanspruchung, besonders in der Wärmeeinflusszone, während des Fügeprozesses gering zu halten, kann zusätzlich eine geeignete Stromquellentechnik zum Einsatz kommen. Mit Hilfe des „kalten“ Lichtbogens ist es möglich, die eingebrachte Streckenenergie weiter zu reduzieren. Faktoren, die den Energieeintrag beeinflussen, werden in der vorliegenden Arbeit in experimentellen und theoretischen Untersuchungen hinsichtlich ihrer Wirkung auf das Festigkeitsverhalten betrachtet. Es werden durch geeignete Legierungskombinationen die Einflüsse auf die Steigerung der Lötgeschwindigkeit und auf eine Verbesserung des Phosphatierungsverhaltens untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen liefern die Informations- und Beweisbasis für die erarbeiteten Legierungssysteme und ermöglichen es, den optimierten Lötprozess an hochfesten Stahlblechen wissenschaftlich zu betrachten. Die Auswertung der wissenschaftlichen Experimente, dargestellt in den angefügten ausführlichen Tabellen, stellen die Zusammenhänge zwischen der Legierungsauswahl und der eingebrachten Streckenenergie dar. Die Erkenntnisse aus der vorliegenden Arbeit sollen für das Fügen von hochfesten Blechen die Entscheidung über die Auswahl geeigneter Zusatzwerkstoffe erleichtern. Die Ergebnisse der theoretischen Untersuchungen anhand mathematischer Modelle zur Beschreibung der physikalischen Prozesse der Wärmezufuhr durch Verwendung eines ausgewählten Lotes in Kombination mit geeigneter Stromquellentechnologie sind die Grundlage für die Optimierung des Lötprozesses. Die vorgeschlagenen Modelle zur Entwicklung und Optimierung von Lichtbogenlötprozessen mit neu entwickelten Lotlegierungen wurde im Rahmen der vorgelegten Arbeit an realen Blechqualitäten angewendet und überprüft. In den Ergebnissen hat sich bestätigt, dass die Verwendung spezieller Kupferlote zu verbesserten Verarbeitungseigenschaften führen, und damit Konzepte zum wirtschaftlich verbesserten Fügen angeboten werden.

In der Arbeit werden spezielle Kupferlote im MIG- und Laserlötverfahren an Stählen mit unterschiedlichem Festigkeitsverhalten untersucht. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, den Lötprozess durch den Einsatz spezieller Kupferbasislote zu optimieren und durch reduzierten Energieeintrag ein homogeneres Eigenschaftsfeld im Bereich der Fügestelle zu erzeugen. Den Verarbeitern dieser Werkstoffe soll die Möglichkeit gegeben werden, diese Werkstoffe rationeller und mit höherer Effektivität zu verarbeiten. Im Ergebnis der Arbeit sollen Verbesserungen der Eigenschaften der Lötnähte erzielt werden, die besonders in der Dünnblechverarbeitung mit Schwerpunkt Karosseriebau Anwendung finden. Wesentliche Ziele sind die Erhöhung der Festigkeitseigenschaften, eine Erhöhung der Fügegeschwindigkeit, die Verbesserung des Phosphatierungsverhaltens sowie eine Reduzierung der eingebrachten Wärmeenergie. Die Vielfältigkeit dieser Anforderungen macht es notwendig, die Versuche sowohl im Laser- als auch im MIG-Lötverfahren durchzuführen. Die Lötverfahren werden in der Praxis für unterschiedliche Anforderungen innerhalb der Karosserie eingesetzt. Das Fügen von hochfesten Strukturelementen oder Außenhautbauteilen erfordert in Abhängigkeit von den Anforderungen die Verwendung ausgewählter Zusatzwerkstoffe. Die Vielfältigkeit der Werkstoffe und der Anforderungen spiegelt sich in den Untersuchungen der vorliegenden Arbeit wieder. Für weitergehende Untersuchungen, speziell im hochfesten Blechbereich, soll die Arbeit entsprechende Grundlagen bieten. Als Vorlage für die Erarbeitung von experimentellen und theoretischen Methodiken der Prozessbetrachtung werden neben typischen Kupferloten neu entwickelte Lotlegierungen verwendet. Bei der Betrachtung der Kupferlegierungen werden die unterschiedlichen Einflüsse auf den Fügeprozess definiert und beschrieben. Es wird festgestellt, dass niedrig schmelzende Lote mit ausgewählter Legierungszusammensetzung im Gegensatz zu Eisenbasis-Schweißdrähten einen geringeren negativen Einfluss auf das Gefüge der Bleche im Nahtbereich ausüben. Um die thermische Beanspruchung, besonders in der Wärmeeinflusszone, während des Fügeprozesses gering zu halten, kann zusätzlich eine geeignete Stromquellentechnik zum Einsatz kommen. Mit Hilfe des „kalten“ Lichtbogens ist es möglich, die eingebrachte Streckenenergie weiter zu reduzieren. Faktoren, die den Energieeintrag beeinflussen, werden in der vorliegenden Arbeit in experimentellen und theoretischen Untersuchungen hinsichtlich ihrer Wirkung auf das Festigkeitsverhalten betrachtet. Es werden durch geeignete Legierungskombinationen die Einflüsse auf die Steigerung der Lötgeschwindigkeit und auf eine Verbesserung des Phosphatierungsverhaltens untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen liefern die Informations- und Beweisbasis für die erarbeiteten Legierungssysteme und ermöglichen es, den optimierten Lötprozess an hochfesten Stahlblechen wissenschaftlich zu betrachten. Die Auswertung der wissenschaftlichen Experimente, dargestellt in den angefügten ausführlichen Tabellen, stellen die Zusammenhänge zwischen der Legierungsauswahl und der eingebrachten Streckenenergie dar. Die Erkenntnisse aus der vorliegenden Arbeit sollen für das Fügen von hochfesten Blechen die Entscheidung über die Auswahl geeigneter Zusatzwerkstoffe erleichtern. Die Ergebnisse der theoretischen Untersuchungen anhand mathematischer Modelle zur Beschreibung der physikalischen Prozesse der Wärmezufuhr durch Verwendung eines ausgewählten Lotes in Kombination mit geeigneter Stromquellentechnologie sind die Grundlage für die Optimierung des Lötprozesses. Die vorgeschlagenen Modelle zur Entwicklung und Optimierung von Lichtbogenlötprozessen mit neu entwickelten Lotlegierungen wurde im Rahmen der vorgelegten Arbeit an realen Blechqualitäten angewendet und überprüft. In den Ergebnissen hat sich bestätigt, dass die Verwendung spezieller Kupferlote zu verbesserten Verarbeitungseigenschaften führen, und damit Konzepte zum wirtschaftlich verbesserten Fügen angeboten werden.