So leben Bauteile aus hochfesten Stählen länger

Hochfeste Stähle zeichnen sich durch eine einzigartig hohe Festigkeit von über 1.100 MPa bei sehr geringer Materialstärke im Bereich von 2 – 250 mm aus. Daher werden diese Stähle zur Herstellung von Strukturbauteilen, unter anderem für die Automobilindustrie, verwendet. Zur Umformung hochfester Stahlbleche kommt üblicherweise das Presshärten zum Einsatz. Bei diesem Verfahren muss vor dem Umformvorgang eine Schutzschicht auf das Blech aufgebracht werden, die in der Regel aus Zink (Zn) oder Aluminium-Silicium-Legierungen (AlSi) besteht. Diese Schicht erzeugt jedoch häufig Rissbildungen im Werkstück, die sich negativ auf die Lebensdauer des Bauteils auswirkt.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Neue Materialien Bayreuth zusammen mit der Formtech Werkzeug- und Formenbau GmbH im Rahmen eines Förderprojekts damit beschäftigt, neue und gegebenenfalls sogar maßgeschneiderte Beschichtungswerkstoffe für die Schutzschicht auf Hochfestblechen beim Presshärten zu entwickeln.  Die Ergebnisse liegen nun vor: Der innovative Ansatz des Projektes besteht darin, als Beschichtungsverfahren das Thermische Spritzen einzusetzen. Dieses ermöglicht nicht nur den Schichtauftrag selbst, sondern auch die Herstellung von neuartigem Schichtmaterial während des Spitzprozesses. Durch Aufschmelzen unterschiedlicher Ausgangsmaterialien können gezielt Legierungen für die Beschichtung in-situ erzeugt werden. Dies erweitert zum einen die bei der konventionellen Beschichtung begrenzte Auswahl an Werkstoffen; ein viel größeres Potenzial eröffnet der Einsatz des Thermischen Spritzens aber, wenn die metallischen Schutzschichten für das zu beschichtende Blech maßgeschneidert legiert werden.

Die in dem Projekt entwickelten Werkstoffe basieren auf der Modifizierung von Al-Si-X-Werkstoffen, mit der die thermischen und mechanischen Schutzeigenschaften der hochfesten Bleche sowohl beim Umformen, als auch beim fertigen Bauteil verbessert werden können. Ein weiteres Ergebnis des Projekts ist ein erhebliches Kostensenkungspotenzial für das Beschichtungsmaterial und den Beschichtungsprozess. Die mit den entwickelten Werkstoffen beschichteten Stahlbleche wurden durch Blechwarmumformung umgeformt und erfolgreich getestet. Im Vergleich zum Stand der Technik ist bei den neuen Schutzschichten weniger Rissbildung zu beobachten. Die Arbeiten erfolgten im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) geförderten Kooperationsprojekts „MatKoP – Entwicklung neuer innovativer Beschichtungsmaterialien und -verfahren sowie Kontaktplattenwerkstoffe für eine hocheffiziente Kontaktwärmebehandlung beim Presshärten“ (KK5027503SU0). Kooperationspartner war die Formtech Werkzeug- und Formenbau GmbH in Niederwinkling.