Anwendungsbereich

Anwendungsbereich und Systemgrenzen

Die integrale Betrachtung der Wertschöpfungskette für die Herstellung von metallischen Struktur- und Funktionsbauteilen bestehend aus Material- und Prozessentwicklung (Legierungskonzepte, Fertigungsrouten), Halbzeugherstellung (Stranggießen, Warmwalzen, Kaltwalzen), Halbzeugverarbeitung (umformtechnische Prozesse wie Tiefziehen, Rollbiegen) und Bauteileinsatz (Lebensdauer, Crashverhalten, etc.) ist für die weltweite Wirtschaft von herausragendem wirtschaftlichen Interesse. Ursächlich hierfür sind die vielfältigen Vorteile metallischer Werkstoffe und Bauteile in Bezug auf die  Werkstoffeigenschaften, die Fertigungs- und Ressourceneffizienz sowie insbesondere das große Leichtbaupotenzial. Wegen ihres günstigen Preis-Leistungsverhältnisses werden metallische Bauteile gerade im Automobilbau noch lange Zeit eine »tragende Rolle« spielen. Betragen die Mehrkosten pro kg Gewichtseinsparung bei CFK immer noch rund 50 Euro, so sind es aktuell bei Aluminium nur etwa 10 Euro und bei Stahl sogar nur 2 Euro. Auch schreitet die Werkstoffentwicklung im metallischen Bereich ebenfalls kontinuierlich fort (z. B. TRIP- und TWIP-Stähle, Intermetalle, …).

Als Anwendungsszenario sei exemplarisch die Fertigungskette der Blechbauteilfertigung betrachtet: Die Bewertung von Blechbauteilen bezüglich Crashverhalten oder Ermüdungsbeständigkeit basiert auf den aus den vorangehenden Fertigungsschritten resultierenden Werkstoffeigenschaften. Voraussetzung hierfür sind detaillierte Kenntnisse über die Wechselwirkung zwischen dem Ausgangswerkstoff, der betriebsfesten Bauteilauslegung, dem prognostizierten Einsatzszenario, dem Fertigungsprozess und den resultierenden  Werkstoff- und Bauteileigenschaften, die letztlich gemeinsam die bauteil- und produktrelevante Betriebsfestigkeit, Lebensdauer und das Crashverhalten bestimmen.

Die Auswirkungen der prozesstechnisch bedingten Änderungen der Mikrostruktur des Werkstoffs sowie von eingebrachten Eigenspannungen zum Beispiel auf die Bauteillebensdauer können nur mit Hilfe umfangreicher experimenteller Untersuchungen (Mikrostrukturdiagnostik, zerstörungsfreie Prüfungen, Ermüdungsversuche, ...) ermittelt werden.

Bei Kenntnis dieser Wechselwirkungen lassen sich jedoch sowohl die Eigenschaften des Ausgangswerkstoffes als auch die jeweiligen Prozessparameter digital in Prozesskettensimulationen beschreiben und praktisch gezielt anpassen, um eine gewünschte Lebensdauer und benötigtes Crashverhalten einzustellen.