Textursimulation zum Einsatz hochfester Stähle für umweltschonendere Autos

10.9.2009

Um mit leichteren Autos den CO2-Ausstoß zu vermindern und die Umwelt zu schonen sind neue, hochfeste Stähle für Karosserien begehrt. Doch ohne dass ein Stahl im Computer simuliert werden kann, wird ihn heutzutage kein Autohersteller einsetzen. Das Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM hat nun eine neue Computersimulation für so genannte TWIP-Stähle entwickelt, mit der ihre Eigenschaften besser vorhergesagt werden können.

© Fraunhofer IWM

Die Werkstoffsimulation des Fraunhofer IWM bildet sehr gut die realen Versuche am TWIP-Stahl ab: Jeweils links die am TWIP-Blech gemessenen Polfiguren, rechts daneben das Ergebnis der neuen IWM-Textursimulation. Polfiguren zeigen die Dichteverteilung ausgesuchter Richtungen in den Kristallen, aus denen der Werkstoff aufgebaut ist.

„TWIP-Stähle sind stärker verformbar als herkömmliche Stähle und werden zusätzlich bei der Verformung extrem fest“, erklärt der IWM-Physiker Aruna Prakash. Dadurch können die Bauteile in einer Karosserie dünner und leichter konstruiert werden. Bei einem Unfall schützen sie dennoch die Insassen genau so gut wie die herkömmlichen Bauteile oder sogar noch besser. TWIP steht für „twinning induced plasticity“ und bedeutet, dass sich in den Kristallen, aus denen der Stahl aufgebaut ist, während der Verformung so genannte Zwillinge bilden. Diese Zwillinge sind entscheidend für die guten Verformungseigenschaften des Stahls und sind gleichzeitig auch die Herausforderung für die Simulation.

»Dieser einphasige Stahl kann bei einem Crash deutlich mehr Energie aufnehmen als übliche Stahlsorten oder Aluminiumlegierungen«, so Aruna Prakash. Dadurch werde die Wucht des Aufpralls für die Insassen gemildert. Mit der IWM-Simulation könnten die Autohersteller und ihre Zulieferer jetzt das Verhalten des Stahls vorhersagen und entsprechende Bauteile optimal auslegen. »TWIP-Stahl steht nun an der Schwelle zum Großeinsatz«, sagt der IWM-Physiker.

In Zusammenarbeit mit seinen drei Kollegen Thomas Hochrainer, Eduard Reisacher und Hermann Riedel hat Aruna Prakash eine verbesserte Berücksichtigung der Zwillingsbildung in Textursimulationen von TWIP-Stahl erreicht. Die dazugehörige Veröffentlichung war der Zeitschrift „steel research international“ einen Preis wert: Im September 2009 erhielten die Autoren den „Best Paper Award 2008“.

 

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