Höherfeste

Stähle für den

Automobil-

Leichtbau

TK-10

4.6.2002

Seite 1

Höherfeste Stählefür den Automobil-Leichtbau.

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

TK-10

04.06.2002

Seite 2

Höherfeste Stähle für den Automobil-Leichtbau.Inhalt.

– Übersicht und Werkstoffbezeichnungen

– Eigenschaften und Anwendungsbeispiele

– Herausforderungen bei der Umformung höherfesterStähle

– Ausblick

– Zusammenfassung

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für den Automobil-

Leichtbau

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Mehrphasenstähle

0

30

60

Bru

chd

ehnu

ng

A5,

%

Höherfeste Stähle (Rp0,2>180N/mm²)

400 800 Zugfestigkeit [N/mm²]

Streckgrenze [N/mm²]100 200 300 400 600

600 1000

Konventionelle höherfeste Stähle

TRIP-Stähle

DP-Stähle

MS-Stähle

CP-Stähle

Bor-Stähle

Höherfeste austenitische Stähle (Edelstähle)

Tiefzieh-güten

Alu

Höherfeste Stähle.Festigkeit und Dehnung.

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für den Automobil-

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Höherfeste Stähle.Herstellungsprozess Flüssigphase.

HochofenSauerstoffblaskonverter

Pfannenbehandlung

Vakuumbehandlung

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für den Automobil-

Leichtbau

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Höherfeste Stähle.Verfestigungsmechanismen bei konventionellenhöherfesten Stählen.

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Höherfeste Stähle.Herstellungsprozess, Warm- und Kaltband.

Pfannenbehandlung

WarmbandstrasseKaltbandstrasse

Wärmebehandlung/Beschichtung

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Mehrphasenstähle.Verfestigung durch harte Phasen.

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Verzinkungslinien.Elozink und Feuerzink.

Abcoilen

Band-Schweissanlage

Bandspeicher Bandspeicher

Aufcoilen

Beölung

ElektrolysezellenVor-behandlung

Nach-behandlung

Elektrolytische Beschichtung

Wärme-behandlungsofen

Zinkbad Dressieren

Schmelztauchbeschichtung(Wärmebehandlung)

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Weiche Ziehgüten• St14, FeP04, DC04

Bezeichnung von Stahlwerkstoffen.Ausgangssituation.

Interstitial free Stähle (Höherfeste IF)• IF220, 220IF, HSZ220, HX220, HY220

Isotrope Stähle• HIZ260, H260i, ZStE260i

Bake Hardening Stähle• ZStE300BH, RePhos300, ZStE300, BH300, Usiplus300

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H Kaltgewalzter höherfester StahlD Warmgewalzter höherfester Stahl

Untere Toleranzgrenze der Streckgrenze [N/mm²]

B Bake Hardening StahlP PhosphorlegiertLA MikrolegiertI isotropY IF StahlX Dual Phasen StahlT TRIP StahlC Complex Phasen StahlM Martensit Phasen Stahl

H 300 XD+Z100

Bezeichnung von Stahlwerkstoffen.Vorschlag.

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Seite 11

Höherfeste Stähle für den Automobil-Leichtbau.Inhalt.

– Übersicht und Werkstoffbezeichnungen

– Eigenschaften und Anwendungsbeispiele

– Herausforderungen bei der Umformung höherfesterStähle

– Ausblick

– Zusammenfassung

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

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Seite 12

Güte Anwendungsschwerpunkt

12

0

14

0

18

0

22

0

26

0

30

0

34

0

38

0

42

0

68

0

90

0

Tiefziehgüten x x komplexe Teile

Interstitial free x x x Tief- und Streckziehteile

isotrop x x x Streckziehteile

Bake-Hardening x x x x Festigkeitssteigerung

mikrolegiert x x x hohe Festigkeit

Dualphasen x x x x x x x

TRIP x

Complexphasen x

Martensitphasen x

Borstähle x

Festigkeitsklasse

(Mindeststreckgrenze)

hohe Festigkeit,

Verstärkungen Crash

hohe Festigkeit und

Energieaufnahme

Stahlwerkstoffe.Übersicht Karosserieblechwerkstoffe.

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Bauteilbeispiele.Tiefziehgüten.

Halter und Winkel

Standard-Werkstoffe für Bauteile ohne besondere Festigkeits-anforderungen oder für Bauteile, die nicht in höherfestem Stahlherstellbar sind

Stirnwand Unterteil

Bodenblech

Dachaussenhaut

Gepäckraumboden

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Werkstoff:

Serie DC05

Versuch H270X

Anwendungsbeispiele.Dachaußenhaut 3er touring.

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Umformversuche DP-Stähle.Dachaußenhaut 3er touring aus H270X.

Umformkritische Bereiche in den Ecken des Daches� Serienwerkstoff: Tiefziehgüte

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Seite 16

Güte Anwendungsschwerpunkt

12

0

14

0

18

0

22

0

26

0

30

0

34

0

38

0

42

0

68

0

90

0

Tiefziehgüten x x komplexe Teile

Interstitial free x x x Tief- und Streckziehteile

isotrop x x x Streckziehteile

Bake-Hardening x x x x Festigkeitssteigerung

mikrolegiert x x x hohe Festigkeit

Dualphasen x x x x x x x

TRIP x

Complexphasen x

Martensitphasen x

Borstähle x

Festigkeitsklasse

(Mindeststreckgrenze)

hohe Festigkeit,

Verstärkungen Crash

hohe Festigkeit und

Energieaufnahme

Stahlwerkstoffe.Übersicht Karosserieblechwerkstoffe.

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Seite 17

Bauteilbeispiele.Höherfeste IF-Stähle.

Seitenrahmen

Schwierige Ziehteile mit Streck- und Tiefziehbeanspruchung

Stützträger Stirnwand Trennwand

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Anwendungsbeispiele.Fertigungstechnische Herausforderungen amSeitenrahmen aus höherfestem Stahl.

Ziehtiefe

Unterschiedliche Ziehtiefen

Außenhautqualität

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� Beschreibt den Widerstand des Blechs gegen Ausdünnung

� ein hoher r-Wert begünstigt die Tiefzieheigenschaften

� r > 1 � Blech fließt verstärkt aus der Breite nach

� r < 1 � Blech fließt verstärkt aus der Dicke nach

ϕ3

ϕ1

ϕ1

ϕ2

ϕ2

Breitenabnahme

Ausdünnung0

1

3ln

s

s=ϕ

0

1

2ln

b

b=ϕ

3

2

ϕ

ϕ=r

Mechanische Kenngrößen.Senkrechte Anisotropie.

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DX54D+Z 1,8

DX56D+Z 2

H220ID+Z 0,8

H260ID+Z 0,8

H300ID+Z 0,8

H160YD+Z 1,9

H180YD+Z 1,8

H220YD+Z 1,6

H260YD+Z 1,5

iso

tro

pe

Stä

hle

hö

her

fest

e IF

-S

täh

leT

iefz

ieh

-g

üte

n

Mechanische Kenngrößen.Senkrechte Anisotropie, minimale r-Werte.

Geringe Dickenabnahme, Materialfließt bevorzugt „aus der Breite“

Höhere Dickenabnahme, Materialfließt bevorzugt „aus der Dicke“

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Güte Anwendungsschwerpunkt

12

0

14

0

18

0

22

0

26

0

30

0

34

0

38

0

42

0

68

0

90

0

Tiefziehgüten x x komplexe Teile

Interstitial free x x x Tief- und Streckziehteile

isotrop x x x Streckziehteile

Bake-Hardening x x x x Festigkeitssteigerung

mikrolegiert x x x hohe Festigkeit

Dualphasen x x x x x x x

TRIP x

Complexphasen x

Martensitphasen x

Borstähle x

Festigkeitsklasse

(Mindeststreckgrenze)

hohe Festigkeit,

Verstärkungen Crash

hohe Festigkeit und

Energieaufnahme

Stahlwerkstoffe.Übersicht Karosserieblechwerkstoffe.

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Seite 22

Bauteilbeispiele.Isotrope Güten.

Stirnwand Unterteil

Überwiegend durch Streckziehen hergestellte Bauteile

Frontklappe Aussenhaut (E46)

Bodenblech vorn (E46)

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Anwendungsbeispiele.Frontklappe Aussenhaut 3er aus H220I.

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Seite 24

Güte Anwendungsschwerpunkt

12

0

14

0

18

0

22

0

26

0

30

0

34

0

38

0

42

0

68

0

90

0

Tiefziehgüten x x komplexe Teile

Interstitial free x x x Tief- und Streckziehteile

isotrop x x x Streckziehteile

Bake-Hardening x x x x Festigkeitssteigerung

mikrolegiert x x x hohe Festigkeit

Dualphasen x x x x x x x

TRIP x

Complexphasen x

Martensitphasen x

Borstähle x

Festigkeitsklasse

(Mindeststreckgrenze)

hohe Festigkeit,

Verstärkungen Crash

hohe Festigkeit und

Energieaufnahme

Stahlwerkstoffe.Übersicht Karosserieblechwerkstoffe.

Höherfeste Stähle

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Bauteilbeispiele.Bake Hardening Stähle.

Motorträger H300B

Schwierig umzuformende Bauteile, die im fertigen Fahrzeug eineerhöhte Festigkeit aufweisen sollen

Türaussenhaut H180BGepäckraumboden H180B

Heckverkleidung H180B

Dachspriegel H260B

Windlauf H260BHeckfensterrahmen H260B

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Seite 26

0

200

400

600

800

1000

1200

0 0,1 0,2 0,3 0,4

Umformgrad

Str

eck

gre

nze

[N

/mm

²]

H420LA, ZSTE420

Werkstoffeigenschaften.Kaltverfestigung.

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

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Umformung Fügen Lackeinbrennen Gebrauch

Festigkeit (Streckgrenze)

0

200

400

600

800

H300LA (mikrolegiert)

Werkstoffangaben von Stahlherstellern

Kaltverfestigung Bake Hardening

H300B (Bake Hardening Stahl)

Werkstoffeigenschaften.Bake Hardening Effekte.

Höherfeste Stähle

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Seite 28

0,1 0,2 0,3

bleibende Beultiefe in mm

Einfluss von Werkstoff und Blechdicke

0

400

300

200

100

0

Beu

lkra

ft in

N

DC 04 (0,85 mm)

H180B (0,81 mm)

Messstelle

Quelle: ThyssenKrupp Stahl

Werkstoffeigenschaften.Beulfestigkeit.

Höherfeste Stähle

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Seite 29

Güte Anwendungsschwerpunkt

12

0

14

0

18

0

22

0

26

0

30

0

34

0

38

0

42

0

68

0

90

0

Tiefziehgüten x x komplexe Teile

Interstitial free x x x Tief- und Streckziehteile

isotrop x x x Streckziehteile

Bake-Hardening x x x x Festigkeitssteigerung

mikrolegiert x x x hohe Festigkeit

Dualphasen x x x x x x x

TRIP x

Complexphasen x

Martensitphasen x

Borstähle x

Festigkeitsklasse

(Mindeststreckgrenze)

hohe Festigkeit,

Verstärkungen Crash

hohe Festigkeit und

Energieaufnahme

Stahlwerkstoffe.Übersicht Karosserieblechwerkstoffe.

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

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Seite 30

Bauteilbeispiele.Mikrolegierte Stähle.

Konventionelle Stähle höherer Festigkeit für crashrelevante Bauteile.Eingeschränkte Umformbarkeit.

Teile A-SäuleSeitenrahmen innen

Motorträger

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Seite 31

Anwendungsbeispiele.Teile Motorträger.

Motorträger vorn innen Motorträger hinten

Motorträger vorn aussen

3er: H380LA

7er: H300B

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

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04.06.2002

Seite 32

Güte Anwendungsschwerpunkt

12

0

14

0

18

0

22

0

26

0

30

0

34

0

38

0

42

0

68

0

90

0

Tiefziehgüten x x komplexe Teile

Interstitial free x x x Tief- und Streckziehteile

isotrop x x x Streckziehteile

Bake-Hardening x x x x Festigkeitssteigerung

mikrolegiert x x x hohe Festigkeit

Dualphasen x x x x x x x

TRIP x

Complexphasen x

Martensitphasen x

Borstähle x

Festigkeitsklasse

(Mindeststreckgrenze)

hohe Festigkeit,

Verstärkungen Crash

hohe Festigkeit und

Energieaufnahme

Stahlwerkstoffe.Übersicht Karosserieblechwerkstoffe.

Höherfeste Stähle

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Seite 33

Mehrphasenstähle.Verfestigung durch harte Phasen.

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

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Seite 34

Güte Anwendungsschwerpunkt

12

0

14

0

18

0

22

0

26

0

30

0

34

0

38

0

42

0

68

0

90

0

Tiefziehgüten x x komplexe Teile

Interstitial free x x x Tief- und Streckziehteile

isotrop x x x Streckziehteile

Bake-Hardening x x x x Festigkeitssteigerung

mikrolegiert x x x hohe Festigkeit

Dualphasen x x x x x x x

TRIP x

Complexphasen x

Martensitphasen x

Borstähle x

Festigkeitsklasse

(Mindeststreckgrenze)

hohe Festigkeit,

Verstärkungen Crash

hohe Festigkeit und

Energieaufnahme

Stahlwerkstoffe.Übersicht Karosserieblechwerkstoffe.

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

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Seite 35

0

200

400

600

800

1000

1200

0 0,1 0,2 0,3 0,4

Umformgrad

Str

eck

gre

nze

[N

/mm

²]

H400T, TRIP700

H420LA, ZSTE420

Werkstoffeigenschaften.Energieaufnahme im Crash.

Höherfeste Stähle

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Seite 36

Werkstoffeigenschaften.Energieaufnahme im Crash.

H300B, ZStE300Blechdicken 1,6 und 1,4 mm

DP-Stahl H300XBlechdicken 1,4 und 1,2 mm

Vergleichbare Crasheigenschaften trotz reduzierter Blechdicke bei DP-Stahl

Höherfeste Stähle

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Seite 37

0

200

400

600

800

1000

1200

0 0,1 0,2 0,3 0,4

Umformgrad

Str

eck

gre

nze

[N

/mm

²]

H400T, TRIP700

H420LA, ZSTE420

Werkstoffeigenschaften.Kaltverfestigung.

Höherfeste Stähle

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Seite 38

H420LA (ZStE 420) H400T (TRIP700)

Werkstoffeigenschaften.Festigkeit und Umformbarkeit.

Höherfeste Stähle

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Seite 39

Umformung Fügen Lackeinbrennen Gebrauch

Festigkeit (Streckgrenze)

0

200

400

600

800

H300LA (mikrolegiert)

Werkstoffangaben von

Stahlherstellern

H300B (Bake Hardening Stahl)

Werkstoffeigenschaften.Bake Hardening Effekte.

H300X (Dual Phasen Stahl)

Höherfeste Stähle

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Seite 40

0,1 0,2 0,3

bleibende Beultiefe in mm

Einfluss von Werkstoff und Blechdicke

0

400

300

200

100

0

Beu

lkra

ft in

N

H270X (0,75 mm)

DC 04 (0,85 mm)

H180B (0,81 mm)

Messstelle

Quelle: ThyssenKrupp Stahl

Werkstoffeigenschaften.Beulfestigkeit.

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

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04.06.2002

Seite 41

Güte Anwendungsschwerpunkt

12

0

14

0

18

0

22

0

26

0

30

0

34

0

38

0

42

0

68

0

90

0

Tiefziehgüten x x komplexe Teile

Interstitial free x x x Tief- und Streckziehteile

isotrop x x x Streckziehteile

Bake-Hardening x x x x Festigkeitssteigerung

mikrolegiert x x x hohe Festigkeit

Dualphasen x x x x x x x

TRIP x

Complexphasen x

Martensitphasen x

Borstähle x

Festigkeitsklasse

(Mindeststreckgrenze)

hohe Festigkeit,

Verstärkungen Crash

hohe Festigkeit und

Energieaufnahme

Stahlwerkstoffe.Übersicht Karosserieblechwerkstoffe.

Höherfeste Stähle

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Seite 42

Werkstoffeigenschaften.Mehrphasenstähle.

Verstärkung B-Säule, D680C (CP800)

Crashrelevante Strukturteile mit hoher Energieaufnahme oderFestigkeit, Aussenhautteile mit erhöhter Beulfestigkeit

Schottblech Motorträger, D680C (CP800)

Seitenaufprallträger in Türen, D900M (TMS1200)

Verstärkung A-Säule 3er Cabrio, Borstahl

Höherfeste Stähle

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Leichtbau

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Seite 43

Bauteilbeispiele.B-Säulenverstärkungen in CP-Stahl D680C.

5er: 2,0 mm 7er: 1,6 mm

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

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Seite 44

3er, 5er, ...: 1,5 mm

Bauteilbeispiele.Türverstärkungen in MS-Stahl D900M.

Quelle: TKS

Höherfeste Stähle

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Leichtbau

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Seite 45

Quelle: Benteler

Blechdicke: 3 mm

Bauteilbeispiele.Verstärkung A-Säule 3er Cabrio aus Borstahl.

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Seite 46

CP 900

warm

Umformtechnik.Warmband und Warmumformung.

Warmband

Warmband

Warmband

Warmband

kalt

kalt

kalt

kalt

5

6

10

12

900D 900MS

750D 750MS

700D 700C

680D 680C

> 1200

> 1000MSW1000

>880

>800CP 800

Produkt-Gruppe

Umform-Verfahren

A 80(%)

Rm(N/mm²)

Re(N/mm²)

GS93005

Sorte

Kalt- undWarm-bandFertigteil

Umformen

Usibor

BTR165,

Umform-Verfahren

Produkt-Gruppe

A 5(%)

Rm(N/mm²)

Re(N/mm²)

Wertefür...

> 950

450

> 1300

590

6

21

MSW1200

Höherfeste Stähle

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Leichtbau

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Seite 47

Höherfeste Stähle für den Automobil-Leichtbau.Inhalt.

– Übersicht und Werkstoffbezeichnungen

– Eigenschaften und Anwendungsbeispiele

– Herausforderungen bei der Umformung höherfesterStähle

– Ausblick

– Zusammenfassung

Höherfeste Stähle

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Seite 48

Herausforderungen bei der Verarbeitung.Aufsprung / Rückfederung.

Quelle: ThyssenKrupp Stahl

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Seite 49

σ [N

/mm

²]

ε [%]

Höherfester Werkstoff

Standardwerkstoff

==

=

Rückfederungen

σ [N

/mm

²]

ε [%]

Stahl

Aluminium

=

=

=

=

Herausforderungen bei der Verarbeitung.Aufsprung.

Hohe Festigkeit und geringer E-Modul vergrößern den Aufsprung

UmformungRückfederungen

Umformung

Höherfeste Stähle

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Seite 50

Herausforderungen bei der Verarbeitung.Abrasiver Verschleiss.

Motorträger hintenWerkstoff: H380LA

Blechdicke: 1,8 mm

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Seite 51

Herausforderungen bei der Verarbeitung.Abrasiver Verschleiss.

Höherfeste Stähle

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Seite 52

Herausforderungen bei der Verarbeitung.Zinkabrieb.

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Seite 53

Herausforderungen bei der Verarbeitung.Faltenbildung.

Höherfeste Stähle

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Seite 54

Einfallstellen bei einer Türaußenhaut aus DP-Stahl

Herausforderungen bei der Verarbeitung.Außenhautqualität.

Höherfeste Stähle

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04.06.2002

Seite 55

Höherfeste Stähle für den Automobil-Leichtbau.Inhalt.

– Übersicht und Werkstoffbezeichnungen

– Eigenschaften und Anwendungsbeispiele

– Herausforderungen bei der Umformung höherfesterStähle

– Ausblick

– Zusammenfassung

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

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04.06.2002

Seite 56

Ausblick.Entwicklung des Anteils höherfester Stähle.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

7er 5er 3er7er

5er

3er

7er

5er

7er

3er

Gew

ichtsanteil höherfester Stähle [%]

Ø 240N/mm²

Ø 270N/mm²

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

TK-10

04.06.2002

Seite 57

Ausblick.“Gemeinsames Leiterklettern”.

Anwender

AllgemeineUntersuchungen

Grundlagen-untersuchungen

Machbarkeit

Prozess-sicherheit

Serie

Stahlhersteller

AllgemeineUntersuchungen

Grundlagen-untersuchungen

Machbarkeit

Prozess-sicherheit

Serie

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

TK-10

04.06.2002

Seite 58

Höherfeste Stähle für den Automobil-Leichtbau.Inhalt.

– Übersicht und Werkstoffbezeichnungen

– Eigenschaften und Anwendungsbeispiele

– Herausforderungen bei der Umformung höherfesterStähle

– Ausblick

– Zusammenfassung

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

TK-10

04.06.2002

Seite 59

Höherfeste Stähle für den Automobil-Leichtbau.Zusammenfassung.

– Höherfeste Stähle bieten ein breites Eigenschafts-spektrum hinsichtlich:– Festigkeit– Funktionserfüllung–Umformbarkeit

– Je höher die Festigkeit, desto enger wird das zurVerfügung stehende Prozessfenster in der Verarbeitung.

– Die Werkstoffe müssen bauteilabhängig nach denAnforderungen aus Funktion und Fertigung ausgewähltwerden.

– Die neuen Mehrphasenstähle erweitern dasWerkstoffspektrum in Richtung höherer Festigkeiten.

Höherfeste Stähle

für den Automobil-

Leichtbau

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04.06.2002

Seite 60

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Höherfeste Stähle für den Automobil-Leichtbau.