Induktive Platinenerwärmung für den Presshärteprozess von Mangan-Bor-Stahl (22MnB5)

Anwendung findet dabei hauptsächlich der Mangan-Bor-Stahl 22MnB5 (1.5528), der sich durch seine hervorragenden Festigkeitseigenschaften auszeichnet. Diese werden im Presshärteprozess durch eine Erwärmung auf über 900°C mit anschließender Umformung und definierter Abkühlung realisiert. Für die Erwärmung werden in der industriellen Praxis hauptsächlich Rollenherdöfen verwendet, deren Substitutionsmöglichkeit durch induktive Erwärmungsanlagen Gegenstand des Forschungsvorhabens war.

Am Lehrstuhl für Leichtbau im Automobil der Universität Paderborn unter der Leitung von Prof. Dr. Thomas Tröster wurde dazu das Forschungsvorhaben „Einsatz des induktiven Erwärmens und Ermittlung der entsprechenden Prozessfenster für das Presshärten“ mit einer Laufzeit von 30 Monaten durchgeführt und jetzt erfolgreich abgeschlossen.

Für die Herstellung von Bauteilen mit konstanten mechanischen Eigenschaften durch das Presshärten wird im Anschluss an das Erwärmen ein homogenes Temperaturprofil in der Platine benötigt. Dieses ist im konventionellen Ofenprozess gegeben, stellt aber bei der induktiven Erwärmung eine besondere Herausforderung dar. Im Laufe des Forschungsprojektes ist es gelungen, eine Methode zur einstufigen induktiven Erwärmung zu generieren, mit der Platinen und somit auch Bauteile mit konstanten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden konnten.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Ofenerwärmung und der induktiven Erwärmung ist die benötigte Aufheizzeit. Die Verweilzeiten im Strahlungsofen betragen je nach Blechdicke bis zum Erreichen der benötigten Temperatur mehrere Minuten, wohingegen die induktive Erwärmung innerhalb weniger Sekunden erfolgen kann. Zusätzlich zu der Prozessgestaltung der induktiven Erwärmung waren die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften induktiv innerhalb weniger Sekunden erwärmter Platinen und die Festlegung von Prozessfenstern wesentliche Ziele des Projektes. Zur Prozessfensterbestimmung sind unterschiedliche Versuchsreihen durchgeführt worden. Neben der Untersuchung der Auswirkungen unterschiedlicher Erwärmungstemperaturen auf mechanische Eigenschaften wurden die Folgen zusätzlicher Haltezeiten überprüft. Zusammenfassend konnte hier festgestellt werden, dass eine Erwärmung des Werkstoffs 22MnB5 auf mindestens 900°C innerhalb von 20s ohne zusätzliche Haltezeit zu mechanischen Eigenschaften führte, die mit der konventionellen Ofenerwärmung vergleichbar waren, und dass selbst Temperaturerhöhungen auf bis zu 1100°C keine wesentlichen Unterschiede zur Folge hatten. Als wesentliche Punkte wurden in diesem Forschungsprojekt eine Methode zur induktiven Erwärmung im Presshärteprozess entwickelt und entsprechende Prozessgrenzen bestimmt.

Das IGF-Vorhaben 16319 N (P 805) „Einsatz des induktiven Erwärmens und Ermittlung der entsprechenden Prozessfenster für das Presshärten“ der FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Sohnstr. 65, 40237 Düsseldorf wurde über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen Otto von Guericke e.V. (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministeriums Wirtschaft und Technlogie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Der ausführliche Abschlussbericht erscheint in Kürze und kann über die FOSTA angefordert werden.

Mitglieder der FOSTA sind führende Stahlhersteller, Stahl verarbeitende Unternehmen und Forschungsinstitute. Zu den Mitgliedern gehören Arcelor Mittal Bremen GmbH, Arcelor Mittal Eisenhüttenstadt GmbH, ArcelorMittal Steel Germany GmbH, Deutsche Edelstahlwerke GmbH, Edelstahl Vereinigung, Georgsmarienhütte GmbH, Outokumpu Nirosta GmbH, Salzgitter AG Stahl und Technologie, Saarstahl AG, Stahlwerk Thüringen GmbH, ThyssenKrupp Steel Europe AG, V & M DEUTSCHLAND GmbH, voestalpine Stahl GmbH, Benteler AG, Daimler AG, Volkswagen AG u.a.