With increasing fuel costs and the current drive to reduce greenhouse gas emissions and fuel consumption, a need to reduce vehicle weight is apparent. Weight reduction can be achieved by replacing conventionally stamped structural members with hydroformed parts. The weight reduction can be further enhanced by reducing the thickness of the hydroformed members through the use of advanced high strength steel (AHSS). A primary limitation in hydroforming AHSS, is the limited ductility or formability of these materials. This limitation becomes acute in multi-stage forming operations in which strain path changes become large making it difficult to predict formability. Thus, the focus of the current work is to study the effects of pre-bending on the subsequent hydroformability of Dual-Phase DP600 steel tubes. As part of this effort, the effect of key bending and hydroforming process parameters, bending boost and hydroforming end-feed, have been studied in a parametric fashion. <br /><br /> Multi-step pre-bending and hydroforming experiments were performed on 76. 2 mm (3. 0") OD tubes with a wall-thickness of 1. 85mm (DP600). Experiments were also performed on 1. 74mm Interstitial Free (IF) steel tube, which provided a low strength, high formability baseline material for comparison purposes. A fully instrumented servo-hydraulic mandrel-rotary draw tube bender was used in the pre-bending experiments in which various levels of boost were applied. The results showed that increased boost reduced the major (tensile) strain and thinning at the outside of the bend. At the inside of the bend, the compressive minor strain became larger and thickening increased. <br /><br /> Hydroforming of the straight and pre-bent tubes was conducted using various levels of load-control end-feed (EF). For both straight and pre-bend tube hydroforming, an increase in hydroforming EF resulted in increased burst pressure and corner-fill expansion (CFE). The effect of bending boost on CFE was also measured. For a given hydroforming EF case, a tube bent with greater boost achieved a higher burst pressure and consequently a greater CFE which increased the hydroformability of the material. Pre-bending was shown to consume a considerable amount of the formability of the tube in the hydroforming experiments. For the same EF case, the pre-bent tubes could only achieve a fraction of the straight tube CFE at burst. <br /><br /> The pre-bending and hydroforming experiments were complimented by finite element simulation in the hope of providing additional insight into these processes. The finite element (FE) models were able to accurately predict the strain and thickness changes imposed during pre-bending. The models were able to accurately predict the CFE, EF displacement, and strain and thickness distributions after hydroforming. <br /><br /> The extended stress-based forming limit curve (XSFLC) failure criterion was applied to predict failure (onset of necking) during hydroforming, which was measured as the burst pressure in the experiments. For straight tube hydroforming, the XSFLC predicted the correct failure pressure versus hydroforming EF load trend, but over predicted the failure pressures. In pre-bend hydroforming, the models were able to capture the effect of bending boost and hydroforming EF on the hydroformability of the tubes. The XSFLC was able to capture the drop in formability for bending versus straight tube hydroforming, but was unable to capture the failure pressure versus hydroforming EF load trend or magnitude. Further work is required to make the XSFLC applicable to straight and pre-bend hydroforming.

Dans le cadre du développement de nuances d’aciers toujours plus performantes en termes de résistance à l’effort et à l’endommagement, les aciers Dual-Phase (DP) présentent un bon compromis résistance/ductilité. Cependant, il est nécessaire de disposer de meilleures connaissances concernant les mécanismes menant à la rupture de tels aciers. Les mécanismes d’endommagement ont ainsi été étudiés dans cette thèse à l’aide de la tomographie aux rayons X. Des essais de traction in-situ ont été réalisés sur plusieurs nuances d’aciers DP, un acier ferritique et un acier martensitique afin de caractériser chaque étape de l’endommagement ductile. Des observations qualitatives et des données quantitatives concernant la germination de l’endommagement, la croissance des cavités et la coalescence ont été recueillies lors de ces essais. Ces données quantitatives ont ensuite été utilisées pour le développement et/ou la validation de modèles d’endommagement. Une prédiction de la cinétique de germination a ainsi été proposée et la version du modèle de croissance de cavités de Rice et Tracey corrigée par Huang et prenant mieux en compte l’effet de la triaxialité a été validée expérimentalement. L’étape de coalescence des cavités menant à la rupture des matériaux a pour la première fois été caractérisée de façon quantitative dans un matériau industriel et des critères de coalescence ont été appliqués localement sur les couples de cavités présentes dans le matériau. L’utilisation de ces modèles analytiques a permis une meilleure compréhension des propriétés agissant sur les phénomènes mis en jeu. L’effet de la part cinématique de l’écrouissage sur la germination et la croissance de l’endommagement a notamment été souligné et validé par des essais de chargements complexes. / As part of the current context of requiring ever more efficient grades of steels in terms of resistance to stress and to damage, the Dual-Phase steels (DP) present an acceptable strength/ductility compromise. It is nevertheless necessary to have a better understanding of the mechanisms leading to the fracture of such steels. Damage mechanisms were studied in this PhD using X-ray tomography. In-situ tensile tests were carried out on several grades of DP steel, a ferritic steel and a martensitic steel in order to characterize each step of ductile damage. Qualitative observations and quantitative data on the nucleation of damage, the void growth and the coalescence of cavities were collected during these tests. This quantitative data was then used for the development and/or the validation of damage models. A prediction of the kinetic of nucleation was proposed and the Huang’s correction of the void growth model of Rice and Tracey accounting for the triaxiality was experimentally validated. For the first time, the step of void coalescence leading to fracture of materials was quantitatively characterized in an industrial material and coalescence criteria were locally applied on couples of neighboring cavities present in the studied specimen. The use of analytical models enabled a better understanding of the properties influencing the studied damage phenomena. The effect of the kinematic part of the strain hardening on void nucleation and void growth was notably emphasized and validated by performing complex loading tests.

Efforts to reduce vehicle weight and improve crash performance have resulted in increased application of advanced high strength steels (AHSS) and a recent focus on the weldability of these alloys. Resistance spot welding (RSW) is the primary sheet metal welding process in the manufacture of automotive assemblies. Integration of AHSS into the automotive architecture has brought renewed challenges for achieving acceptable welds. The varying alloying content and processing techniques has further complicated this initiative. The current study examines resistance spot welding of high strength and advance high strength steels including high strength low alloy (HSLA), dual phase (DP) and a ferritic-bainitic steel (590R). The mechanical properties and microstructure of these RSW welded steel alloys are detailed. Furthermore a relationship between chemistries and hardness is produced. The effect of strain rate on the joint strength and failure mode is also an important consideration in the design of welded structures. Current literature, however, does not explain the effects of weld microstructure and there are no comprehensive comparisons of steels. This work details the relationship between the joint microstructure and impact performance of spot welded AHSS. Quasi-static and impact tests were conducted using a universal tensile tester and an instrumented drop tower, respectively. Results for elongation, failure load and energy absorption for each material are presented. Failure modes are detailed by observing weld fracture surfaces. In addition, cross-sections of partially fractured weldments were examined to detail fracture paths during static loading. Correlations between the fracture path and mechanical properties are developed using observed microstructures in the fusion zone and heat-affected-zone. Friction stir spot welding (FSSW) has proven to be a potential candidate for spot welding AHSS. A comparative study of RSW and FSSW on spot welding AHSS has also been completed. The objective of this work is to compare the microstructure and mechanical properties of Zn-coated DP600 AHSS (1.2mm thick) spot welds conducted using both processes. This was accomplished by examining the metallurgical cross-sections and local hardnesses of various spot weld regions. High speed data acquisition was also used to monitor process parameters and attain energy outputs for each process.

Efforts to reduce vehicle weight and improve crash performance have resulted in increased application of advanced high strength steels (AHSS) and a recent focus on the weldability of these alloys. Resistance spot welding (RSW) is the primary sheet metal welding process in the manufacture of automotive assemblies. Integration of AHSS into the automotive architecture has brought renewed challenges for achieving acceptable welds. The varying alloying content and processing techniques has further complicated this initiative. The current study examines resistance spot welding of high strength and advance high strength steels including high strength low alloy (HSLA), dual phase (DP) and a ferritic-bainitic steel (590R). The mechanical properties and microstructure of these RSW welded steel alloys are detailed. Furthermore a relationship between chemistries and hardness is produced. The effect of strain rate on the joint strength and failure mode is also an important consideration in the design of welded structures. Current literature, however, does not explain the effects of weld microstructure and there are no comprehensive comparisons of steels. This work details the relationship between the joint microstructure and impact performance of spot welded AHSS. Quasi-static and impact tests were conducted using a universal tensile tester and an instrumented drop tower, respectively. Results for elongation, failure load and energy absorption for each material are presented. Failure modes are detailed by observing weld fracture surfaces. In addition, cross-sections of partially fractured weldments were examined to detail fracture paths during static loading. Correlations between the fracture path and mechanical properties are developed using observed microstructures in the fusion zone and heat-affected-zone. Friction stir spot welding (FSSW) has proven to be a potential candidate for spot welding AHSS. A comparative study of RSW and FSSW on spot welding AHSS has also been completed. The objective of this work is to compare the microstructure and mechanical properties of Zn-coated DP600 AHSS (1.2mm thick) spot welds conducted using both processes. This was accomplished by examining the metallurgical cross-sections and local hardnesses of various spot weld regions. High speed data acquisition was also used to monitor process parameters and attain energy outputs for each process.

With increasing fuel costs and the current drive to reduce greenhouse gas emissions and fuel consumption, a need to reduce vehicle weight is apparent. Weight reduction can be achieved by replacing conventionally stamped structural members with hydroformed parts. The weight reduction can be further enhanced by reducing the thickness of the hydroformed members through the use of advanced high strength steel (AHSS). A primary limitation in hydroforming AHSS, is the limited ductility or formability of these materials. This limitation becomes acute in multi-stage forming operations in which strain path changes become large making it difficult to predict formability. Thus, the focus of the current work is to study the effects of pre-bending on the subsequent hydroformability of Dual-Phase DP600 steel tubes. As part of this effort, the effect of key bending and hydroforming process parameters, bending boost and hydroforming end-feed, have been studied in a parametric fashion. <br /><br /> Multi-step pre-bending and hydroforming experiments were performed on 76. 2 mm (3. 0") OD tubes with a wall-thickness of 1. 85mm (DP600). Experiments were also performed on 1. 74mm Interstitial Free (IF) steel tube, which provided a low strength, high formability baseline material for comparison purposes. A fully instrumented servo-hydraulic mandrel-rotary draw tube bender was used in the pre-bending experiments in which various levels of boost were applied. The results showed that increased boost reduced the major (tensile) strain and thinning at the outside of the bend. At the inside of the bend, the compressive minor strain became larger and thickening increased. <br /><br /> Hydroforming of the straight and pre-bent tubes was conducted using various levels of load-control end-feed (EF). For both straight and pre-bend tube hydroforming, an increase in hydroforming EF resulted in increased burst pressure and corner-fill expansion (CFE). The effect of bending boost on CFE was also measured. For a given hydroforming EF case, a tube bent with greater boost achieved a higher burst pressure and consequently a greater CFE which increased the hydroformability of the material. Pre-bending was shown to consume a considerable amount of the formability of the tube in the hydroforming experiments. For the same EF case, the pre-bent tubes could only achieve a fraction of the straight tube CFE at burst. <br /><br /> The pre-bending and hydroforming experiments were complimented by finite element simulation in the hope of providing additional insight into these processes. The finite element (FE) models were able to accurately predict the strain and thickness changes imposed during pre-bending. The models were able to accurately predict the CFE, EF displacement, and strain and thickness distributions after hydroforming. <br /><br /> The extended stress-based forming limit curve (XSFLC) failure criterion was applied to predict failure (onset of necking) during hydroforming, which was measured as the burst pressure in the experiments. For straight tube hydroforming, the XSFLC predicted the correct failure pressure versus hydroforming EF load trend, but over predicted the failure pressures. In pre-bend hydroforming, the models were able to capture the effect of bending boost and hydroforming EF on the hydroformability of the tubes. The XSFLC was able to capture the drop in formability for bending versus straight tube hydroforming, but was unable to capture the failure pressure versus hydroforming EF load trend or magnitude. Further work is required to make the XSFLC applicable to straight and pre-bend hydroforming.

Ces travaux de thèse portent sur le comportement élastoplastique et la durée de vie sous chargement cyclique d'un alliage cuivre-zinc injecté sous pression. L'apport essentiel de ces travaux de thèse est la mise en évidence d'un écrouissage isotrope qui s'estompe très rapidement dès la première décharge en plasticité. Une analyse qualitative montre que l'évolution de l'amplitude de contrainte est liée à celle de la contrainte interne. Cette étude est multi-échelles, en effet des observations en microscopie électronique à transmission ont permis d'émettre des hypothèses sur l'origine des phénomènes observés lors des essais mécaniques. Les essais de fatigue ont également montré que la durée de vie du matériau dépend fortement des défauts inhérents au procédé de fabrication. L'utilisation d'un modèle multimécanismes simplifié a permis de modéliser le comportement cyclique du matériau étudié, et de prendre en compte l'évolution quasi instantanée de l'écrouissage isotrope. / These research works deal with the investigation of the cyclique and fatigue behaviour of an industrial high-pressure die cast brass. Mechanical tests highlight relatively important changes of elasticity domain during monotonic loading, mainly due to changes of the internal stress. This study was conducted under different scales of observation. TEM observations enabled hypothesis to explain the "original" cyclic behaviour of the alloy. Fatigue tests showed that fatigue life of the material is quite dependent of the presence of defects that may be due to manufacture process. A simplified version of a multi-mechanism model was used to simulate the cyclic behaviour of the study alloy.

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.:Inhalt 1. Einleitung. Kritische Bewertung der Literatur und Problemanalyse. 11 Perspektiven 1.1. Bedeutung des Lichtbogenlötens an höherfesten Stahlblechen 11 1.2. Entwicklungsstand bei höherfesten Dünnblechen und geeigneten 12 Lotwerkstoffen 1.3. Lichtbogenlöten an höherfesten Stahlblechen und Verfahrensgrenzen 15 2. Wissenschaftliche Problemstellung und Lösungsmöglichkeiten 16 2.1. Problemdarstellung 17 2.1.1. Problematik hochfester Grundwerkstoff 18 2.1.2. Löten vs. Schweißen 18 2.2. Lösungsstrategien und angestrebte Lösungswege 20 3. Theoretische Herleitung eines Mehrphasenmodells auf Kupferbasis 22 mit erhöhten Festigkeitseigenschaften 3.1. Voraussetzungen für die Legierungsbildung in Kupfer 22 3.2. Einfluss wesentlicher Legierungselemente auf die Eigenschaften von 26 Kupferlegierungen 3.2.1. Silizium 26 3.2.2. Aluminium 28 3.2.3. Mangan, Nickel, Zinn, Silber, Mikrolegierungselemente 29 3.3. Ermittlung optimierter Legierungen 30 3.4. Gieß- und ziehtechnische Einschränkungen 33 4. Versuchsdurchführung und Untersuchungsmethoden 34 4.1. Laserlöten 34 4.1.1. Grundwerkstoffe 34 4.1.2. Lote 34 4.1.3. Versuchsaufbau 36 4.1.4. Festlegung der Prozessdaten 37 4.1.5. Versuchsdurchführung 39 4.1.5.1. Bördelnaht DX54D+Z100 39 4.1.5.2. Überlappnaht DX54D+Z100 / HC180BD 40 4.1.5.3. Ermittlung der Benetzungswinkel bei unterschiedlichen 41 Lötgeschwindigkeiten 4.1.5.4. Korrosionsverhalten 43 4.2. MIG-Löten 44 4.2.1. Grundwerkstoffe 44 4.2.2. Lote 44 4.2.3. Versuchsaufbau 45 4.2.4. Messdatenerfassung 47 4.2.5. Versuchsdurchführung 48 4.2.5.1. Überlappnaht 22MnB5+AS 48 4.2.5.2. Überlappnaht HCT780XD Z70 (DP 800), HCT690T Z100 (TRIP700) 49 4.2.5.3. Ermittlung der Benetzungswinkel 49 4.2.5.4. Untersuchung des Wärmeeintrages 50 4.2.5.5. Phosphatierungsverhalten 51 5. Versuchsauswertung 52 5.1. Laserlöten 52 5.1.1. Visuelle Prüfung 52 5.1.1.1. Bördelnaht DX54D+Z100 52 5.1.1.2. Überlappnaht DX54D+Z100 / HC180BD 55 5.1.2. Statische Zugversuche 56 5.1.2.1. Bördelnaht DX54D+Z100 57 5.1.2.2. Überlappnaht DX54D+Z100 / HC180BD 58 5.1.3. Mikroskopische Untersuchungen 60 5.1.3.1. Bördelnaht DX54D+Z100 60 5.1.3.2. Überlappnaht DX54D+Z100 / HC180BD 63 5.1.4. Benetzungsverhalten 65 5.1.5. Beurteilung des Korrosionsverhaltens 67 5.2. MIG-Löten 69 5.2.1. Visuelle Prüfung 69 5.2.1.1. Überlappnaht 22MnB5+AS 69 5.2.1.2. Überlappnaht HCT780XD Z70 (DP 800), HCT690T Z100 (TRIP700) 71 5.2.2. Statische Zugversuche 73 5.2.2.1. Überlappnaht 22MnB5+AS 73 5.2.2.2. Überlappnaht HCT780XD Z70 (DP 800), HCT690T Z100 (TRIP700) 75 5.2.3. Härteverläufe 80 5.2.3.1. Überlappnaht 22MnB5+AS 80 5.2.3.2. Überlappnaht HCT780XD Z70 (DP 800), HCT690T Z100 (TRIP700) 82 5.2.4. Mikroskopische Untersuchungen 83 5.2.4.1. Überlappnaht 22MnB5+AS 83 5.2.4.2. Überlappnaht HCT780XD Z70 (DP 800), HCT690T Z100 (TRIP700) 86 5.2.5. Benetzungsverhalten 87 5.2.6. Schutzgas 89 5.2.7. Thermische Untersuchung 90 5.2.8. Phosphatierungsverhalten 92 6. Betrachtung von Optimierungskriterien 94 6.1. Werkstofftechnische Betrachtungen 95 6.1.1. Legierungssysteme 95 6.1.2. Einfluss von Oberflächenbeschichtungen 96 6.1.3. Streckenenergiebetrachtungen 96 6.2. Betrachtung des Einflusses von Nahtgeometrie, Schutzgas und 96 Gerätetechnik 6.2.1. Nahtgeometrie 96 6.2.2. Gerätetechnik 97 7. Übertragung der Ergebnisse auf andere hochfeste Stähle 97 8. Erprobung unter seriennahen Bedingungen 99 9. Zusammenfassung und Ausblick 101 10. Anhang 104

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.:Inhalt 1. Einleitung. Kritische Bewertung der Literatur und Problemanalyse. 11 Perspektiven 1.1. Bedeutung des Lichtbogenlötens an höherfesten Stahlblechen 11 1.2. Entwicklungsstand bei höherfesten Dünnblechen und geeigneten 12 Lotwerkstoffen 1.3. Lichtbogenlöten an höherfesten Stahlblechen und Verfahrensgrenzen 15 2. Wissenschaftliche Problemstellung und Lösungsmöglichkeiten 16 2.1. Problemdarstellung 17 2.1.1. Problematik hochfester Grundwerkstoff 18 2.1.2. Löten vs. Schweißen 18 2.2. Lösungsstrategien und angestrebte Lösungswege 20 3. Theoretische Herleitung eines Mehrphasenmodells auf Kupferbasis 22 mit erhöhten Festigkeitseigenschaften 3.1. Voraussetzungen für die Legierungsbildung in Kupfer 22 3.2. Einfluss wesentlicher Legierungselemente auf die Eigenschaften von 26 Kupferlegierungen 3.2.1. Silizium 26 3.2.2. Aluminium 28 3.2.3. Mangan, Nickel, Zinn, Silber, Mikrolegierungselemente 29 3.3. Ermittlung optimierter Legierungen 30 3.4. Gieß- und ziehtechnische Einschränkungen 33 4. Versuchsdurchführung und Untersuchungsmethoden 34 4.1. Laserlöten 34 4.1.1. Grundwerkstoffe 34 4.1.2. Lote 34 4.1.3. Versuchsaufbau 36 4.1.4. Festlegung der Prozessdaten 37 4.1.5. Versuchsdurchführung 39 4.1.5.1. Bördelnaht DX54D+Z100 39 4.1.5.2. Überlappnaht DX54D+Z100 / HC180BD 40 4.1.5.3. Ermittlung der Benetzungswinkel bei unterschiedlichen 41 Lötgeschwindigkeiten 4.1.5.4. Korrosionsverhalten 43 4.2. MIG-Löten 44 4.2.1. Grundwerkstoffe 44 4.2.2. Lote 44 4.2.3. Versuchsaufbau 45 4.2.4. Messdatenerfassung 47 4.2.5. Versuchsdurchführung 48 4.2.5.1. Überlappnaht 22MnB5+AS 48 4.2.5.2. Überlappnaht HCT780XD Z70 (DP 800), HCT690T Z100 (TRIP700) 49 4.2.5.3. Ermittlung der Benetzungswinkel 49 4.2.5.4. Untersuchung des Wärmeeintrages 50 4.2.5.5. Phosphatierungsverhalten 51 5. Versuchsauswertung 52 5.1. Laserlöten 52 5.1.1. Visuelle Prüfung 52 5.1.1.1. Bördelnaht DX54D+Z100 52 5.1.1.2. Überlappnaht DX54D+Z100 / HC180BD 55 5.1.2. Statische Zugversuche 56 5.1.2.1. Bördelnaht DX54D+Z100 57 5.1.2.2. Überlappnaht DX54D+Z100 / HC180BD 58 5.1.3. Mikroskopische Untersuchungen 60 5.1.3.1. Bördelnaht DX54D+Z100 60 5.1.3.2. Überlappnaht DX54D+Z100 / HC180BD 63 5.1.4. Benetzungsverhalten 65 5.1.5. Beurteilung des Korrosionsverhaltens 67 5.2. MIG-Löten 69 5.2.1. Visuelle Prüfung 69 5.2.1.1. Überlappnaht 22MnB5+AS 69 5.2.1.2. Überlappnaht HCT780XD Z70 (DP 800), HCT690T Z100 (TRIP700) 71 5.2.2. Statische Zugversuche 73 5.2.2.1. Überlappnaht 22MnB5+AS 73 5.2.2.2. Überlappnaht HCT780XD Z70 (DP 800), HCT690T Z100 (TRIP700) 75 5.2.3. Härteverläufe 80 5.2.3.1. Überlappnaht 22MnB5+AS 80 5.2.3.2. Überlappnaht HCT780XD Z70 (DP 800), HCT690T Z100 (TRIP700) 82 5.2.4. Mikroskopische Untersuchungen 83 5.2.4.1. Überlappnaht 22MnB5+AS 83 5.2.4.2. Überlappnaht HCT780XD Z70 (DP 800), HCT690T Z100 (TRIP700) 86 5.2.5. Benetzungsverhalten 87 5.2.6. Schutzgas 89 5.2.7. Thermische Untersuchung 90 5.2.8. Phosphatierungsverhalten 92 6. Betrachtung von Optimierungskriterien 94 6.1. Werkstofftechnische Betrachtungen 95 6.1.1. Legierungssysteme 95 6.1.2. Einfluss von Oberflächenbeschichtungen 96 6.1.3. Streckenenergiebetrachtungen 96 6.2. Betrachtung des Einflusses von Nahtgeometrie, Schutzgas und 96 Gerätetechnik 6.2.1. Nahtgeometrie 96 6.2.2. Gerätetechnik 97 7. Übertragung der Ergebnisse auf andere hochfeste Stähle 97 8. Erprobung unter seriennahen Bedingungen 99 9. Zusammenfassung und Ausblick 101 10. Anhang 104

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