B-Säule

Das Bauteil und sein Werkstoff im Detail

PKW sind Transportmittel und grundsätzlich möglichst leicht zu bauen, um Material, Kosten und Treibstoff zu sparen. Trotzdem muss aufgrund der hohen Geschwindigkeiten von Autos die Sicherheit an oberster Stelle stehen, um die Insassen bestmöglich zu schützen. Die Knautschzone vorne und hinten am Auto schützen bei Aufprällen die Insassen gut. An den Seiten jedoch ist keine Knautschzone vorhanden, weshalb die B-Säule wesentlich zur Sicherheit beitragen muss. Um diese Sicherheit an den Seiten zu garantieren, verwendet man sogenannte hochfeste Press-Hardening-Stähle (phs-Stahl).

Diese B-Säulen werden aus dem hochfesten Stahl gefertigt und zusätzlich in gewissen Zonen durch geeignete Wärmebehandlungen gezielt verstärkt, um für noch mehr Sicherheit zu garantieren.

Der Werkstoff

Pressgehärtete Stähle sind mit Mangan und Bor legierte Stähle, welche zum Zwecke des Korrosionsschutzes meist in einem Zink-Bad verzinkt werden. Bor ist ein wichtiges Legierungselement, um die Härtbarkeit und Verschleißbeständigkeit zu erhöhen. Ferrit- und Perlitbildung werden durch die Legierungszusammensetzung verzögert und Martensitbildung wird begünstigt.

Der phs-ultraform der voestalpine weist gute Kalt-, sowie Warmumformeigenschaften auf. PHS-Stähle werden im Walzwerk zuerst Warm- und dann Kaltgewalzt. Die Abkühlgeschwindigkeit im Warmwalzwerk wird jedoch geringgehalten, damit eine gute Verformbarkeit gewährleistet wird. Die fertigen Bänder werden anschließend in Bleche zugeschnitten.

Durch den speziellen, jedoch einfachen Herstellweg ist es möglich, mit diesem Werkstoff hohe Festigkeiten zu erreichen, gleichzeitig jedoch die Crahsperformance auf sehr hohem Niveau zu halten. So können bei einem phs-ultraform 1500 beispielsweise Zugfestigkeiten von bis circa 1800 MPa erreicht werden.

Die Herstellung

Wie schon weiter oben erwähnt, ist die Mikrostruktur der Bleche so einzustellen, dass eine gute Umformung möglich ist. In der Abbildung unten ist zu sehen, warum eine gute Warmumformbarkeit wichtig ist. Diese Stahlsorte wird während der Herstellung aufgewärmt und anschließend sehr rasch abgekühlt, wodurch sich ein martensitisches Gefüge im Werkstoff einstellt, welches sich durch hohe Härte auszeichnet. Nachdem die Bleche erwärmt werden, können sie gut umgeformt werden. Das Ober- und Untergesenk sind wassergekühlt, um martensitische Härtung zu ermöglichen und gleichzeitig den Verzug so gering wie möglich halten.

Bei der Herstellung von Bauteilen aus phs-Stählen unterscheidet man zwischen dem indirekten Verfahren für verzinkte Bleche sowie dem direkten Verfahren für unverzinkte Bleche.

Beim indirekten Verfahren wird ein Stahlblech in der Kaltumformung in Form gebracht. Anschließend wird das Bauteil einer Wärmebehandlung im Ofen bei circa 900°C unterzogen. Bei dieser Wärmebehandlung werden verschiedene mechanische Eigenschaften eingestellt. Nach der Wärmebehandlung gelangt das Bauteil schließlich in die Warmumformung, wo weitere Umformschritte vorgenommen werden können. Nach dieser Warmumformung erfolgt die sehr schnelle Abkühlung des Bauteiles, um das Gefüge im Werkstoff martensitisch, also sehr hart, einzustellen. Durch diese Prozessschritte können die geforderten Eigenschaften des Bauteiles gezielt eingestellt werden.

Beim direkten Verfahren unterzieht man das Stahlblech vor der Warmumformung einer Wärmebehandlung, um gezielt die mechanischen Eigenschaften einzustellen. Nach dem Schneiden erfolgt eine weitere Wärmebehandlung, um anschließend das Bauteil rasch abzukühlen, um wiederum martensitisches – sehr hartes – Gefüge einzustellen.

Wofür benötige ich den Werkstoff?