Höherfeste und Mehrphasenstähle

Höhere Festigkeit erlaubt dünnere Bleche bei gleicher Tragfähigkeit und damit leichtere Karosseriestrukturen. In der Kaltumformung bringt sie jedoch geringere Bruchdehnung, stärkere Rückfederung und höhere Pressenkräfte mit sich. Moderne Mehrphasenstähle verbinden deshalb unterschiedlich harte Gefügebestandteile, um trotz hoher Festigkeit ein nutzbares Umformvermögen zu erhalten.

Der Zusammenhang, um den es geht

Festigkeit und Umformbarkeit laufen bei klassischen Stählen gegenläufig. Wer die Fließgrenze anhebt, verliert Dehnung: Das Material versagt früher, und die gespeicherte elastische Energie nimmt zu, was die Rückfederung verstärkt.

Mehrphasenstähle umgehen das, indem sie nicht ein gleichmäßiges Gefüge haben, sondern mehrere Gefügebestandteile unterschiedlicher Härte nebeneinander. Die weiche Grundmasse trägt die Verformung, die harten Einlagerungen tragen die Last. Dadurch lassen sich Festigkeit und Dehnung gleichzeitig anheben, nicht beliebig, aber deutlich weiter, als es mit einem einphasigen Gefüge möglich wäre.

Die Gruppen

Mikrolegierte Stähle (HSLA)

Festigkeitssteigerung über feine Ausscheidungen und ein feinkörniges Gefüge, erreicht durch kleine Zugaben von Niob, Titan oder Vanadium. Das Gefüge bleibt einphasig. Umformverhalten und Rückfederung sind gutmütig und berechenbar, die erreichbare Festigkeit aber begrenzt.

Dualphasenstähle (DP)

Harte Martensitinseln in weicher ferritischer Grundmasse. Kennzeichnend ist eine niedrige Anfangsfließgrenze bei hoher Verfestigung: Das Material lässt sich zunächst gut umformen und wird dabei fest. Die verbreitetste Gruppe im Karosseriebau.

Complexphasenstähle (CP)

Feinkörniges Mischgefüge mit höherer Anfangsfließgrenze als DP und geringerer Verfestigung. Günstig, wo es auf Kantenverträglichkeit und Beständigkeit der Schnittkante ankommt.

TRIP-Stähle

Enthalten Restaustenit, der sich während der Umformung in Martensit umwandelt. Die Verfestigung steigt dadurch genau dort, wo das Material gerade verformt wird; der Werkstoff stabilisiert sich selbst gegen örtliche Einschnürung. Erkauft wird das mit aufwendigerer Prozessführung.

Martensitische Stähle (MS)

Nahezu vollständig martensitisches Gefüge, die höchsten kaltumformbaren Festigkeiten. Umformbarkeit nur noch sehr eingeschränkt; typisch für einfache Profile statt tief gezogener Formen.

Die üblichen Bezeichnungen setzen sich aus dem Gruppenkürzel und Kennzahlen für Fließgrenze und Zugfestigkeit zusammen. Welche Werte dahinterstehen, steht im Werkstoffdatenblatt des Lieferanten und gilt jeweils für die dort genannte Dicke und Lieferform.

Was sich für die Planung ändert

• Das Prozessfenster wird schmal. Die Spanne zwischen Faltenbildung und Reißer verengt sich. Der Prozess reagiert empfindlicher auf Schwankungen in Werkstoffcharge, Schmierung und Werkzeugzustand. Die Robustheit wird damit zum eigenständigen Planungsziel, nicht nur die Machbarkeit.
• Rückfederung wird zur Hauptsorge. Die Wirkflächen müssen kompensiert werden, und die Kompensation muss die Streuung der Charge aushalten. Das kostet Schleifen in der Absicherung und im Try-out.
• Mehr Stufen. Was ein weicher Stahl in einem Zug schafft, braucht hier oft eine zusätzliche Operation, mit allen Folgen für Werkzeugkosten und Taktzeit.
• Höhere Kräfte. Presse und Werkzeug müssen ausgelegt sein; der Verschleiß an den Wirkflächen steigt, ebenso die Neigung zum Kaltverschweißen zwischen Blech und Werkzeug.
• Schnittkanten werden kritisch. Die beim Beschneiden geschädigte Zone verträgt bei hochfesten Güten deutlich weniger Nachverformung. Bauteile können an der Kante versagen, obwohl die Fläche unkritisch ist. Dieses Versagen bildet das Grenzformänderungsschaubild nicht ab.

Wo die Kaltumformung an ihre Grenze stößt, führt der Weg zum Presshärten: Dort wird warm umgeformt und die Festigkeit erst im Werkzeug erzeugt.