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TRIP Stähle realisieren durch eine unter mechanischer Beanspruchung hervorgerufene Phasenumwandlung von metastabilen Austenit in Martensit (TRIP-Effekt) hohe Festigkeiten bei gleichzeitig guten Verformungseigenschaften. Während der Verarbeitung dieser Werkstoffe mittels Widerstandspunktschweißen können unter den prozessspezifischen extremen Aufheiz- und Abkühlraten Modifikationen des Austenitanteils hervorgerufen werden die als Folge lokal zu einer Änderung der mechanisch-technologischen Eigenschaften führen. Wesentliche Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war daher die Analyse der Gefügestruktur im Bereich einer Punktschweißverbindung hinsichtlich der Änderung des Austenitanteils und den daraus resultierenden Änderungen der lokalen mechanischen Eigenschaften unter besonderer Berücksichtigung des TRIP-Effekts. Durch in-situ Beugungsuntersuchungen mittels hochenergetischer Synchrotronstrahlung erfolgte zunächst die Quantifizierung des metastabilen Austenitanteils im unbehandelten Grundwerkstoff. Darauf aufbauend wurden unter definierten Temperaturprofilen in Ofenversuchen die grundlegenden Aspekte der thermisch bedingten Austenitumwandlung im Aufheiz- und Abkühlprozess untersucht. Durch Gleeble-Versuche und Ofenexperimente wurden weiterführend verschiedene Temperaturprofile mit unterschiedlichen im Punktschweißprozess lokal vorliegende Spitzentemperaturen genutzt um eine systematische Bewertung des Einflusses der Temperatur und der Aufheiz- sowie der Abkühlbedingungen auf den Austenitgehalt unter realen Bedingungen zu ermöglichen. Durch Korrelationsuntersuchungen zwischen den mechanischen Kennwerten thermisch präparierter Zugproben und den mittels Metallographisch wie auch röntgenographisch ermittelten Austenitgehalten konnten die metastabilen, d.h. umwandlungsfähigen Austenitanteile bestimmt werden. Schließlich erfolgte eine Bewertung hinschlich der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf reale Widerstandspunktschweißverbindungen. Es wurde dabei der Nachweis erbracht, dass die Austenit-Martensit-Phasenumwandlung lediglich in einem lokal eng begrenzen Werkstoffbereich am Übergang WEZ/Grundwerkstoff wirksam werden kann. Demzufolge führt der TRIP-Effekt zu keiner signifikanten Beeinflussung von Festigkeits- und Verformungseigenschaften im Fügebereich von widerstandspunktgeschweißten TRIP Stählen. Die ermittelten mechanischen Kennwerte wurden abschließend als Eingangsdaten für die numerische Simulation des Verformungs- und Festigkeitsverhaltens von Punkschweißverbindungen genutzt. Dabei wurde insbesondere die Notwendigkeit der Implementierung von mechanischen Kenndaten der Wärmeeinflusszone für eine realitätsnahe Modellierung von Scherzugversuchen untersucht.
Unter den rauen Bedingungen in der Automobilkarosseriefertigung lassen sich schweißbedingte Imperfektionen wie Risse beim Widerstandspunktschweißen von hochfesten Stählen nicht immer vermeiden. Dabei ist der Einfluss solcher Risse auf die Schwingfestigkeit insbesondere von modernen hochfesten austenitischen Stählen derzeit nicht hinreichend bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher der Einfluss von Schweißrissen verschiedener Lage und Ausbildung untersucht. Dabei konnte durch die Analyse der normierten Steifigkeitsverläufe von Proben sowie durch die Gegenüberstellung der Versagensschwingspielzahlen nachgewiesen werden, dass die spritzerfrei erzeugten Oberflächenrisse im Zentrum, im Übergangsbereich sowie im Randbereich der Schweißlinse keinen negativen Einfluss auf die Schwingfestigkeit des hier untersuchten hochfesten austenitischen Werkstoffs haben. Proben, die mit Schweißspritzern hergestellt wurden und Risse im Randbereich aufweisen, zeigen deutliche höhere Versagensschwingspielzahlen als rissfreie Referenzproben. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
In the rough conditions in the fabrication of automobile bodies, it is not always possible to avoid welding-induced imperfections such as cracks during the resistance spot welding of highstrength steels. In this respect, the influence of such cracks on the fatigue strength particularly of modern high-strength austenitic steels is not sufficiently well-known at present. The influence of welding cracks with various positions and formations was therefore investigated within the framework of this paper. In this case, the analysis of the standardised stiffness courses of specimens and the comparison of the numbers of failure stress cycles served to prove that the surface cracks produced without any spatter in the centre, interfacial region and peripheral region of the weld nugget do not have any negative influence on the fatigue strength of the high-strength austenitic material investigated here. Specimens which were manufactured with welding spatter and exhibit cracks in the peripheral region show considerably higher numbers of failure stress cycles than crack-free reference specimens.
In the rough conditions in the fabrication of automobile bodies, it is not always possible to avoid welding-induced imperfections such as cracks during the resistance spot welding of high-strength steels. In this respect, the influence of such cracks on the fatigue strength particularly of modern high-strength austenitic steels is not sufficiently well-known at present. The influence of welding cracks with various positions and formations was therefore investigated within the framework of this paper. In this case, the analysis of the standardised stiffness courses of specimens and the comparison of the numbers of failure stress cycles served to prove that the surface cracks produced without any spatter in the centre, interfacial region and peripheral region of the weld nugget do not have any negative influence on the fatigue strength of the high-strength austenitic material investigated here. Specimens which were manufactured with welding spatter and exhibit cracks in the peripheral region show considerably higher numbers of failure stress cycles than crack-free reference specimens.
In-situ analysis of solid state phase transformation in TRIP-aided steels by synchrotron diffraction
(2011)
Energy dispersive synchrotron diffraction (EDXRD) analysis and 3 dimensional digital image correlations were conducted to investigate the stress and strain effected transformation behavior during tensile loading of low alloyed TRansformation Induced Plasticity (TRIP) steel. This technique allowed for phase specific stress measurement during certain tensile load steps in the elastic and also plastic regime. Additionally the simultaneous determination of the load dependent phase content was realized. The results show that the martensite transformation starts only after exceeding the overall yield point and is finished before reaching the uniform elongation, whereas a large portion of the austenite remains unchanged in the structure. Furthermore, the martensite transformation related to the stress in the γ-phase and α-phase was analyzed and quantified.
Energy-dispersive x-ray diffraction offers the possibility for measurement and evaluation of diffraction spectra containing information of various diffraction lines of all contributing crystalline phases of a material. Combined strain imaging and diffraction analysis was conducted during the tensile test of a low alloyed transformation-induced plasticity (TRIP) steel in order to investigate the transformation induced plasticity, strain hardening, and load partitioning effects. Optical strain imaging allowed for determination of localized true strains from three-dimensional deformations measured in situ. High-energy synchrotron radiation has permitted diffraction analysis in transmission mode to gather information from the material interior. Phase-specific stress evolution during loading could be observed applying the sin2ψ technique during certain load steps. The strains of the individual lattice planes were determined in different locations under varying angles between loading and perpendicular direction. Using energy-dispersive methods it was also possible to determine the transformation behaviour during elastic and plastic regime taking into account a large number of diffraction lines. The results show that the approach practised here enables one to pull together macroscopic and phase-specific microscopic material behaviour in order to improve existing models for prediction of complex load situations.
For spot-welded joints, the resistance to
mechanical stress depends on the local strength properties
and gradients in the weld area. The commonly used
methods for investigating the stress–strain behaviour across
the weld area are connected with a high level of sample
preparation and with considerable limitations in local resolution.
A promising method for determining locally
resolved stress–strain curves is the instrumented indentation
test in connection with the method of representative
stress and strain (RS) and the method of artificial neural
networks (NNs). The stress–strain properties of the weld
nugget and the base metal determined by these two methods
are compared and discussed, additionally in relation to
the stress–strain curves obtained from the tensile test. The
measured Vickers hardness across the weld area is compared
with the evaluated local stress–strain properties.
Three steels used in automobile manufacturing are investigated:
mild steel DC04 and two advanced high-strength
steels (TRIP steel HCT690T and martensitic steel HDT
1200M). The results of the two methods (RS and NN) show
good correspondence for the base metal area but some
significant differences for the weld nugget. Comparing the
data across the weld area, no evidence of the presence of
residual stress (which would influence the results) was
found.
Die lokalen Festigkeiten im Bereich einer Schweißverbindung sind maßgebend für deren Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Im Gegensatz zu anderen präparationsaufwendigen Methoden, z. B. die Untersuchung von Mikro-Zugproben, liefert die instrumentierte Eindringprüfung mit deutlich geringerem Aufwand Verläufe von Festigkeiten mit sehr guter Ortsauflösung. Es werden wahre Spannungs-Dehnungs-Kurven aus zyklischen Eindringversuchen mittels Auswertungen auf der Basis repräsentativer Spannungen und Dehnungen und auf der Basis neuronaler Netze an Punktschweißverbindungen zweier hochfester Stähle, eines TRIP-Stahls und eines martensitischen Stahls, sowie eines weichen niedrig legierten Stahls bestimmt, jeweils im Bereich des Grundwerkstoffs und der Schweißlinse.
Methods to obtain weld discontinuities in spot-welded joints made of advanced high-strength steels
(2011)
Resistance spot welding is the major joining technique in mass car production. This applies in particular to high-strength steel and advanced high-strength steel (AHSS) joining of thin sheet steel components for lightweight body shell structures. Joining of AHSS in mass production might lead to weld discontinuities under certain circumstances. Those discontinuities in form of cracks might be an initial start of cracking in the spot-welded joints regarding fatigue loads. It is of great interest to figure out, if, in comparison to specimens without weld discontinuities, the crack initiating point changes and if the fatigue resistance might be reduced by the discontinuities. In this contribution, an overview of potential discontinuities is given. Their possible causes are discussed and means for their detection are highlighted. Among the possible causes of weld discontinuities, two major groups are distinguished: the welding parameters as primary influences in the welding process, and the production-specific influences as secondary ones. With emphasis on major cracks penetrating the weld nugget, these influences are analysed. Finally, a combination of extreme welding parameters with production-specific influences is chosen in order to establish a method which enables the preparation of fatigue test specimens with reproducible major cracks in different locations of the spot-welded joints. This method is than applied in order to prepare spot weld specimens for fatigue tests.