Werkstoff- und umformtechnische Bewertung von hochfesten Aluminiumblechwerkstoffen für den Karosseriebau

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21354_Klos_Diss_MB_403.pdf (13.25 MB)
Diss. Reihe Maschinenbau, Band 403

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2023-01-20
Issue Year
2022
Authors
Klos, Artur
Editor
Franke, Jörg
Hanenkamp, Nico
Hausotte, Tino
Merklein, Marion
Müller, Sebastian
Schmidt, Michael
Wartzack, Sandro
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-573-5
Abstract

The automotive industry is facing a variety of new challenges that generate an accelerated transformation pressure. A promising approach to achieve resource efficiency through lightweight design in vehicle body-in-white construction is the investigation of 6000 alloys at the limits or outside the specification of conventionally used aluminum sheet materials in body-in-white. Since both the precipitation evolution and the mechanical properties are strongly dependent on the respective composition of the material and the processing parameters, the central objective of this work is to generate a fundamental understanding of the forming and material behavior of Al-Mg-Si-Cu alloys in various process strategies and to identify the process limits for their application in the vehicle body. In this context, an understanding of the influence and influenceability of the mechanical properties as a function of temperature, time and plastic strain in the conventional process route, in an economically integratable post forming heat treatment and a property-oriented partially age-hardened T61 state is the basis for the definition of the process windows. Thru microstructural investigations via scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and dynamic differential calorimetry, the detection of strength-increasing and corrosion-sensitive phases together with their evolution was achieved. Finally, the findings are validated under series production conditions and verified using the B-pillar application in order to evaluate the potential for industrial implementation. Universal guidelines for efficient characterization and definition of limit values for crash-relevant body-in-white application can be transferred to other material concepts.

Abstract

Die Automobilindustrie steht vor einer Vielzahl an neuen Herausforderungen, die einen erhöhten und beschleunigten Transformationsdruck erzeugen. Ein vielversprechender Ansatz, um auch mit der 6000er-Legierungsgruppe die Ressourceneffizienz durch Leichtbau im Fahrzeugrohbau zu betreiben, ist die Untersuchung von Legierungskonzepten an den Grenzen oder außerhalb der Lieferspezifikation von konventionell, im Rohbau eingesetzten Aluminiumblechwerkstoffen. Da sowohl die mikrostrukturelle Phasenentwicklung als auch die mechanischen Werkstoffkennwerte stark von der jeweiligen Gefügezusammensetzung des Werkstoffes und den Verarbeitungsprozessen abhängen, besteht die zentrale Zielsetzung der Arbeit darin, ein umfassendes Verständnis über das umform- und werkstofftechnische Verhalten von Al-Mg-Si-Cu-Legierungen in diversen Prozessstrategien zu generieren und daraus die Prozessgrenzen für den Einsatz in der Fahrzeugkarosserie zu identifizieren. In diesem Kontext bildet ein grundlegendes Verständnis über den Einfluss und die Beeinflussbarkeit der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von Temperatur, Zeit und plastischer Dehnung in der konventionellen Prozessroute, in einer wirtschaftlich integrierbaren Bauteilaushärtung und einem eigenschaftsorientierten teilausgehärteten T61-Zustand die Grundlage, für die Definition der Prozessfenster. Ergänzt durch mikrostrukturelle Untersuchungen über die Rasterelektronenmikroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie und dynamische Differenzkalorimetrie war die Detektion von festigkeitssteigernden und korrosionssensiblen Phasen sowie deren Evolution möglich. Abschließend werden die Erkenntnisse unter Serienbedingungen validiert und am Beispiel der B-Säule verifiziert, um das Potential für eine industrielle Umsetzung abzuschätzen. Die allgemeingültige Handlungsempfehlung zur effizienten Charakterisierung und Herleitung von Grenzwerten für eine Verwendung in crashrelevante Rohbaukomponenten, sind grundsätzlich auf andere Werkstoffkonzepte übertragbar.

Series
FAU Studien aus dem Maschinenbau
Series Nr.
403
Citation
mb.fau.de/diss
Notes
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-572-8
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