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Warmumformstähle - Usibor® und Ductibor®

Beschreibung

Die Güten Usibor® und Ductibor® sind Warmumformstähle für Automobil Sicherheits Strukturbauteile. Durch die Aushärtung während des Umformprozesses erreichen diese Stähle sehr hohen mechanischen Eigenschaften, die für Leichtbau Strategien sehr geprägt sind. Usibor® Stähle sind besonders geeignet für Anti-Intrusion Bauteile, und die Ductibor® Stähle für Bauteile, die Energie beim Aufprall absorbieren müßen. Weiter unten sind die angebotenen Zugfestigkeiten und Versagensverformungen dargestellt.

Usibor® und Ductibor® Hauptvorteile:

  • Beim direkten Prozess, die Warmumformung im austenitischen Zustand ermöglicht Komplexe Geometrien zu herstellen. Eine gute Warmumformbarkeit ermöglicht auch in den meisten Fällen, Konzepte mit intergrierten Funktionnen zu entwickeln (wenigere zusätzliche Verstärkungen, wenigeres Fügen);
  • Beim indirekten Prozess wird eine gute Kaltumformbarkeit gebraucht, um die Bauteile im kalten Zustand zu herstellen;
  • Keine Rückfederung;
  • Homogene mechanische Eigenschaften am Fertigbauteil;
  • Außergewöhnlich hohe Crash- und Dauerfestigkeit, mit hohem Gewichteinsparungspotential.

ArcelorMittal war der erste Stahlhersteller, der mit einem beschichteten Warmformstahl erfolgreich gewesen ist, mit dem Usibor®-AS und seiner Aluminum Silicon Schmelztauch Beschichtung.

 

Usibor®-AS und Ductibor®-AS weitere Vorteile:

  • Der direkte Prozess ist einfacher und kostengünstiger : da mit Usibor®-AS und Ductibor®-AS keine Zunder gebildet wird, brauchen die Bauteile nicht gestrahlt werden, und wird keine besondere Schutzgasatmosphäre im Ofen gebraucht;
  • Usibor®-AS und Ductibor®-AS Bauteile brauchen vor dem Rohbau nicht beölt werden (sehr guter temporärer Korrosionsschutz der AS Beschichtung nach der Warmumformung);
  • Keine Entkohlung der Oberfläsche;
  • Die AS Beschichtung nach der Warmumformung bietet einen optimalen Schutz gegen Grundmaterialkorrosion und ermöglicht die Anwendung von Usibor®-AS und Ductibor®-AS auch im Naßbereich (Schweller).

 

Usibor® 1500-GI (feuerverzinkt +Z, nur für den indirekten Prozess) und Usibor® 1500-GA (galvannealed +ZF für den direkten Prozess und für den indirekten Prozess) ergänzen jetzt das Beschichtungsangebot.

 

Zwei Sicherheitsdatenblätter sind verfügbar:

  • für den Werkstoff im Anlieferzustand und,
  • für das Produkt nach der Wärmebehandlung.

 

Besondere Vorsichtsmaßnahmen sind nicht erforderlich.

 

Es geben keine besondere Vorsichtsmaßnahmen für die Anwendung dieser Stähle.

Anwendungsbereiche

Usibor® ist für Crash-relevante Bauteile geeignet, insbesondere Anti-Intrusionsbauteile (mit einer gebrauchten sehr hohen Festigkeit).

Typischen Anwendungen:

  • Biegeträger vorn/hinten;
  • Türaufprallträger;
  • A-Säulen Verstärkung;
  • B-Säulen Verstärkung;
  • Boden Träger;
  • Tunnelverstärkung;
  • Stirnwandquerträger;
  • Dachquerträger.

B-Säulenverstärkung (Dicke: 1,85 mm)

Biegeträger (Dicke: 2,3 mm)

Türaufprallträger (Dicke: 1 mm)

A-Säule Verstärkung (Dicke: 1,2 mm)

Versuchs-B-Säule mit einer lasergeschweißten Platine Usibor® 2000 / Ductibor® 1000

Ductibor® Stähle sind als lasergeschweisste Platinen in Kombination mit Usibor® angeboten, und ermöglichen warmumgeformte Bauteile mit lokal erhöter Duktilität zu entwickeln. Solche Konzepte sind besonders effizient, um die Verformung von Sicherheitsbauteilen während des Crashes zu kontrollieren (B-Säule) und öffnen die Tür zum Leichtbau von Energieabsorption Bauteilen (Längsträger).

Anwendungen von lasergeschweissten Platinen Usibor® - Ductibor®:

  • Längsträger vorn (vorn, mitte und Verlängerung hinten unter dem Boden);
  • Längsträger hinten;
  • B-Säule Verstärkung (oberer Bereich in Usibor®, unterer Bereich in Ductibor®).

Anwendungen von lasergeschweissten Platinen Usibor® - Ductibor®

Materialdaten bezüglich der Umformbarkeit und der Gebrauchseigenschaften sind für alle angebotenen Stähle vorhanden. ArcelorMittal Warmformexperten sind zur Verfügung, um frühzeitig den Euinsatz dieser Stahlgüten vorzubereiten (Modellierung, Simulation, Potentialanalyse, Labuntersuchungen).

Technische Merkmale

Mechanische Eigenschaften

Die Tabelle unten gibt minimale Kennwerte am gehärteten Zustand (1) nach der Lackierung (2). Diese Werte sind indikativ und hängen vom Warmformprozess.

 Re (MPa)Rm (MPa)Ef (%) (3)Biegewinkel (4)
 Ductibor® 450≥ 350≥ 460≥ 16≥ 120°
 Ductibor® 500≥ 400≥ 550≥ 16≥ 120°
 Ductibor® 1000≥ 800≥ 1000≥ 6≥ 80°
 Usibor® 150011001500≥ 3≥ 50°
 Usibor® 2000≥ 1400≥ 1800≥ 3≥ 45°
 
 Warmgewalzt     Kaltgewalzt

(1) Erhitzen bei 880°C - 930°C während 5 - 10 Minuten gefolgt von einer Umwandlungshärtung im geschlossenen Werkzeug bei gesteuerter Abkühlung (Abkühlungsgeschwindigkeit > 30°C/Sekunde).
(2) Simulation der Lackeinbrennung: 170°C während 20 Minuten.
(3) Die minimale Bruchdehnung (Probe ISO20x80) ist nur indikativ: relevanter ist der Biegewinkel um die Crash-Duktilität zu charakterisieren.
(4) Biegewinkel nach VDA238-100, für eine Referenz-Dicke von 1,5 mm.

Chemische Zusammensetzung (%)

 CMnSiB
 MaxMaxMaxMax
Ductibor® 4500.111.10.060.001
Ductibor® 5000.11.30.50.001
Ductibor® 10000.1220.750.005
Usibor® 15000.251.40.40.005
Usibor® 20000.371.40.70.005
 
 Warmgewalzt     Kaltgewalzt

Verfügbare Beschichtungen und die weltweite Verfügbarkeit von Produkten

 UnbeschichtetExtragal®GalvannealedAluminised
 EURNAMSAMRSACHIEURNAMSAMRSACHIEURNAMSAMRSACHIEURNAMSAMRSACHI
Usibor® 1500                   
22MnB5                  
22MnB5                 
Ductibor® 450                 
Ductibor® 500                
Ductibor® 1000                 
Usibor® 1500           
Usibor® 2000                 

 Warmgewalzt     Kaltgewalzt

lieferbar in Innenteilqualität in Erprobung beim Kunden in Entwicklung lieferbar in Außen- und Innenteilqualität (Z)

EUR : Region Europa - NAM : Region Nordamerika - SAM : Region Südamerika - RSA : Region Südafrika - CHI : China

Ferritisch-perlitisches Gefüge des Usibor® 1500 am Lieferzustand:

Usibor® 1500-AS vor der Warmumformung

Die Beschichtung von Usibor® 1500-AS im Anlieferzustand besteht aus einer legierten Fe-Al-Si Interdiffusionsschicht und einer Aluminium-Silizium Schicht.

Usibor® 1500-AS vor der Warmumformung

Am gehärteten Zustand ist Usibor® 1500-AS 100% martensitisch.

Usibor® 1500 nach der Warmumformung (Beispiel mit 5 Minuten am 900°C + Härten im Umformwerkzeug). REM.

Usibor® -AS Beschichtung nach der Wärmebehandlung im Ofen: eine Interdiffusionsschicht und unterschiedlichen AlSiFe Schichten bilden sich. Die neue Morphologie der Oberfläsche ermöglicht eine gute Lackhaftung.

Usibor® 1500 AS Beschichtung nach der Warmumformung (Auflichtmikroskop)

Wärmebehandlung

Usibor® -AS und Ductibor® -AS sind für den direkten Warmumformprozess entwickelt worden: die Platinen werden im Ofen austenitisiert (und die AS Beschichtung legiert), werden dann direkt warmumgeformt (im Austenitischen Zustand) und in den wassergekühlten Umformwerkzeugen gehärtet. Es wird nicht empfohlen Usibor® -AS und Ductibor® -AS kaltzuumformen.
Usibor® 1500-GI ist mit dem direkten Warmumformungsprozess nicht kompatibel und muß hauptsächlich kaltumgeformt werden. Warmumgeformte Bauteile aus Usibor® 1500-AS zeigen keine Mikrorisse im Grundwerkstoff.

Usibor® -AS und Ductibor® -AS direkter Warmumformprozess

Materialdaten bezüglich der Umformbarkeit und der Gebrauchseigenschaften und Prozess Empfehlungen können zur Verfügung gestellt werden.

Die Güten Usibor® 1500-GI, Usibor® 1500-GA und 22MnB5 weisen eine gute Kaltumformbarkeit auf, und können somit im indirekten Prozess verarbeitet werden.

Indirekter Warmumformprozess für Usibor®-GI

Oberflächenbehandlung

Die Klebehaftung ist vergleichbar mit der anderer unbeschichteter Kohlenstoffstähle. Usibor®-As und Ductibor®-AS Bauteile brauchen nicht vor der Lackierung gestrahlt werden. Usibor®-As und Ductibor®-AS Oberfläsche direkt nach der Warmumformung ermöglicht eine gute Lackhaftung ohne phosphatiert zu werden (geeignete Morphologie der Oberfläsche). Am lackierten Zustand bieten Usibor®-As und Ductibor®-AS einen optimalen Schutz gegen Grundmaterialkorrosion.

 

Usibor® 1500 GI Bauteile müßen gestrahlt werden, um lackiert und geschweißt werden zu können. Usibor®-As und Ductibor®-AS Bauteile können nicht phosphatiert werden aber können durch den Phosphatierungsbad laufen (mit der gesamten Karroserie) ohne die Bäder zu verunreinigen. Usibor®-As und Ductibor®-AS sind mit allen gängigen Klebstoffen kompatibel. Materialdaten und Empfehlungen für die Oberfläschebehandlungen können zur Verfügung gestellt werden.

 

22MnB5 Bauteile müßen gestrahlt werden (Zunder), um lackiert werden zu können.

Schweissbarkeit

Usibor®-AS und Ductibor®-AS sind gut schweißbar, sowohl bei 50Hz als auch bei 1000Hz. Dies gilt sowohl für artgleiche Schweißverbindungen als auch für artfremde Schweißverbindungen.

Usibor®-AS und Ductibor®-AS Schweissbereiche sind groß und die mechanische Festigkeit der Verbindungen (Kopf- und Scherzug) entspricht den Anforderungen der Automobilhersteller und Normen. Im Vergleich mit anderen metallischen Beschichtungen sind die Elektrodenstandzeiten hoch (mehrere Tausende Schweißpunkte). MAG- und MIG-, sowie alle klassische Schweißverfahren als auch Löten sind mit Usibor®-AS und Ductibor®-AS kompatibel.

ArcelorMittal Schweissergebnisse und Empfehluneng sind zur Verfügung und können von der Unterstützung von Schweißexperten begleitet werden.

Artgleiche Schweißverbindung (Usibor® + Usibor®)

Artfremde Schweißverbindung (Usibor® und Multiphasenstahl in dreifacher Dicke)

MAG-Schweißverbindung    

Dauerfestigkeit

Usibor® 1500-AS und Ductibor® 1000-AS gute Dauerfestigkeit, ist vorteilhaft gegenüber alternativ-unbeschichtete Varianten (22MnB5), deren  Ermüdungseigenschaften durch die Randentkohlung beeinträchtigt werden.

Die nachstehende Tabelle zeigt die Bruchgrenzwerte in MPa nach 2 Millionen Zyklen bei schwingender einachsiger Zugbeanspruchung mit R = 0,1 und R = -1.

 σD A 2.106 zyklen (MPa)
R=0,1
σD A 2.106 zyklen (MPa)
R=-1
Usibor® 1500727475
22MnB5*617305
Ductibor® 1000-AS621356
 
 Warmgewalzt     Kaltgewalzt

* ca. 30 Mikrometer Entkohlungstiefe an der Oberfläche nach Warmumformung.

Crashfestigkeit

Da Usibor® und Ductibor® für Sicherheitsbauteile entwickelt worden sind, werden vollständige Crashdaten zur Verfügung gestellt werden.

Usibor® hohe Strenckgrenze ist für Anti-Intrusion Bauteile vorteilhaft. Der dynamische 3-Punkt-Biegeversuch bei 30 km/h weist ein hervorragendes Crashverhalten dieser Stähle nach und ermöglicht Usibor® Leichtbaupotential zu bestätigen.

Leichtbaupotenzial im Vergleich mit einem HSLA 380 - Stahl (Referenzmaterial)

Ductibor® Stählen bieten einen guten Kompromis zwischen Festigkeit und Duktilität und bringen neue Leichtbau Möglichkeiten für Energieabsorption Bauteile.

Ductibor®-Stähle Leichtbau Potential wird mit dem Stauchversuch (Aufprallgeschwindigkeit von 56 km/h) bewertet.

Leichtbaupotenzial im Vergleich mit einem HSLA 380 - Stahl (Referenzmaterial)

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