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Organisationseinheit der BAM
Carrier gas hot extraction (CGHE) technique was used for measurement of hydrogen in press-hardened (and as delivered) condition of 22MnB5 steel primarily coated with a thin layer of Al–Si. The CGHE technique was applied using different temperature programs: isothermal heating, temperature step, and linear heating in solid state. The effusing hydrogen was measured using thermal conductivity device (TCD) and high resolution mass spectroscopy (MS). Single isothermal heating at 400 and 900 °C allowed determining absolute value of effusing hydrogen. The linear heating, also known as thermal desorption analysis (TDA), revealed temperature dependent hydrogen effusion peaks. The deconvolution of the TDA spectra by peak fitting allowed the calculation of hydrogen desorption energies for each peak. The results showed good agreement between hydrogen concentrations measured with MS and TCD. In addition, the as-received ferrite-perlite microstructure showed only hydrogen effusion above 400 °C. The subsequent press hardening process leads to hydrogen uptake in the microstructure. In general, the press-hardened 22MnB5 revealed a hydrogen concentration of 0.4 to 0.5 ppm. The biggest concentration was released at isothermal holding at 400 °C indicating reversibly trapped hydrogen. TDA results with different heating rates confirmed mostly diffusible and reversible trapped hydrogen due to calculated activation energies in the range from 4 to 20 kJ mol-1; it was ascertained that nearly 90 % of the hydrogen left the specimens below 400 °C. Melt extraction (ME) was performed to measure the total hydrogen amount (including the diffusible and trapped hydrogen) and showed that above 900 °C up to 1 ppm hydrogen is trapped.
Laboratory experiments on press hardened steels in different delivered states exposed to hydrogen
(2015)
The legal and economical demands in the automotive industry lead to increasing efforts reducing the CO2 emissions. A way to achieve that goal is to reduce the total weight of the car and therefore the fuel consumption. With the application of high strength steels in car body manufacturing it is possible to decrease the sheet thickness of the used materials and therefore the weight of the automobile. Components made of high strength steels can be produced by cold forming as well as by hot forming. In high strength steel the hydrogen content plays a crucial role for the component behavior. It is known that the hydrogen diffusivity and solubility are based on several factors, for example increasing dislocation density by cold working processes, vacancies, chemical composition and grain boundaries. The understanding and the control of the interaction between hydrogen and the high strength press hardened steels is an important factor for the application of the materials. The scope of this work is the determination of hydrogen diffusion and permeability kinetics in press hardened steel samples. An electrochemical hydrogen permeation method was applied on boron-manganese steel grades with different rolling reduction in initial ferrite/pearlite matrix as well as for the as-quenched martensite microstructure. The diffusible hydrogen contents of the specimens were measured using the carrier gas hot extraction technique (CGHE).
Um den wachsenden Anforderungen an den stofflichen und konstruktiven Leichtbau sowie den Forderungen nach Ressourceneffizienz Rechnung zu tragen, werden in vielen Industriebranchen zunehmend höherfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen über 690 MPa eingesetzt. Allerdings werden mit zunehmender Festigkeit deutlich höhere Anforderungen an deren schweißtechnische Verarbeitung gestellt, da die Sensibilität gegenüber einer Herabsetzung der mechanischen Eigenschaften durch den beim Schweißen aufgenommenen diffusiblen Wasserstoff mit steigender Festigkeit zunehmen kann. In den vergleichenden Untersuchungen von konventionellem Übergangslichtbogen und modifiziertem Sprühlichtbogen bei reduziertem Nahtöffnungswinkel konnte gezeigt werden, dass die Schweißprozessparameter die in das Schweißgut eingebrachte Wasserstoffkonzentration beeinflussen. Grundsätzlich ist den erarbeiteten Ergebnissen zu entnehmen, dass im Schweißgut von Stumpfstoßverbindungen mit reduziertem Nahtöffnungswinkel erhöhte mittlere Wasserstoffkonzentrationen vorliegen. Diese können mit geeigneten Wärmeführungen signifikant reduziert werden. Dabei erwies sich eine Nachwärmprozedur aus der Schweißwärme heraus als zielführend.
Um den wachsenden Anforderungen an den stofflichen und konstruktiven Leichtbau sowie den Forderungen nach Ressourceneffizienz Rechnung zu tragen, werden in vielen Industriebranchen zunehmend höherfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen ≥ 690 MPa eingesetzt. Allerdings werden mit zunehmender Festigkeit deutlich höhere Anforderungen an deren schweißtechnische Verarbeitung gestellt. Weil gerade die Sensibilität gegenüber einer Degradation der mechanischen Eigenschaften der höherfesten Feinkornbaustähle durch den beim Schweißen aufgenommenen Wasserstoff mit steigender Festigkeit zunimmt, ist auf eine geeignete Wärmeführung zu achten. Für konventionelle MAG-Schweißprozesse liegen bereits Erfahrungen und Regelwerke zur Wärmeführung und entsprechende Wasserstoffgrenzwerte vor. Moderne Invertertechnik ermöglichte die Entwicklung modifizierter Sprühlichtbögen (mod. SLB). Im Vergleich zu konventionellen Lichtbogenprozessen wird ein äußerst kurzer und richtungsstabiler Lichtbogen, eine höhere Abschmelzleistung, ein größerer Kontaktrohrabstand und ein tieferer Einbrand realisiert. Neben den bekannten Vorteilen lassen außerdem reduzierte mögliche Nahtöffnungswinkel einen anderen Lagenaufbau und unterschiedliche Geometrien der einzelnen Schweißraupen erwarten. Jedoch fehlen hierzu Aussagen über den schweißverfahrensspezifisch eingetragenen Wasserstoff und die damit einhergehende Kaltrissgefahr. Hierzu lagen in der Industrie, besonders bei den KMU, kaum Kenntnisse vor und sollten deshalb als Ziel dieses Forschungsprojektes erarbeitet werden.
Die vergleichenden Untersuchungen mit konventionellem Übergangslichtbogen und mod. SLB mit angepasster Nahtkonfiguration erfolgten an freischrumpfenden Stumpfstoßverbindungen sowohl mit Massivdraht als auch Metallpulverfülldraht. Zur Durchführung der Untersuchungen wurde eine Methodik entwickelt, die es ermöglicht, im Schweißgut realer Verbindungsschweißungen die Wasserstoffkonzentration reproduzierbar zu bestimmen. Anhand der Analysen konnte gezeigt werden, dass die Schweißprozessparameter die in das Schweißgut eingebrachte Wasserstoffkonzentration in Einlagenschweißungen beeinflussen. Auch beim Mehrlagenschweißen gestaltet sich der Wasserstoffeintrag abhängig von den Schweißprozessparametern und ist auf den unterschiedlichen Lagenaufbau zurückzuführen. Grundsätzlich ist den erarbeiteten Ergebnissen zu entnehmen, dass im Schweißgut von Stumpfstoßverbindungen mit abgesenktem Nahtöffnungswinkel erhöhte mittlere Wasserstoffkonzentrationen existieren. Außerdem beinhalten Schweißgüter aus Metallpulverfülldraht höhere Wasserstoffmengen als Massivdrahtschweißungen. Geeignete Wärmeführungen führten zu einer signifikanten Reduzierung der Wasserstoffkonzentration bei dem Einsatz der Nahtkonfiguration mit abgesenktem Nahtöffnungswinkel. Dabei erwies sich eine Nachwärmprozedur aus der Schweißwärme heraus als zielführend. Die Vorstellung von Zwischenergebnissen in Normungsgremien erfolgten, um mittelfristig vor allem den KMU eine sichere Verarbeitung höherfester Feinkornbaustähle zu ermöglichen.
Die dargestellten Ergebnisse stellen einen wichtigen Beitrag zur sicheren Auslegung von Schweißkonstruktionen aus höherfestem Feinkornbaustahl dar und ermöglichen den KMU die technischen und wirtschaftlichen Vorteile der mod. SLB-Prozesse auszunutzen sowie unter Berücksichtigung der wasserstoffunterstützten Kaltrissbildung kostenintensive Nacharbeiten zu reduzieren.
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.
Bei hochfesten austenitischen Stählen können unter den Produktionsbedingungen in der Rohkarosseriefertigung schweißbedingte Risse beim Widerstandspunktschweißen entstehen. Der Einfluss solcher Risse auf die dynamische Festigkeit ist derzeit nicht hinreichend bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher Schweißrisse verschiedener Lage und Ausbildung hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Festigkeit und das Bruchverhalten von Widerstandspunktschweißverbindungen im Hochgeschwindigkeitsscherzug untersucht. Dabei konnte durch die Analyse der Kraft-Weg-Verläufe, der Scherzugfestigkeit und des Energieaufnahmevermögens nachgewiesen werden, dass Oberflächenrisse im Übergangsbereich und im Randbereich des Elektrodeneindrucks bei den hier vorliegenden Bedingungen keinen negativen Einfluss auf die dynamische Festigkeit haben. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
In the case of high-strength austenitic steels, welding-induced cracks may arise during resistance spot welding in the rough conditions of body shell fabrication. The influence of such cracks on the dynamic strength is not sufficiently well-known at present. Within the framework of this paper, welding cracks in various positions and with various formations were therefore investigated with regard to their effect on the strength and fracture behaviour of resistance-spot-welded joints subjected to high-speed shear tension. In this respect, the analysis of the force/displacement courses, the tensile shear strength and the energy absorption capacity served to prove that surface cracks in the interfacial region and in the peripheral region of the electrode indentation do not have any negative influence on the dynamic strength for the tested circumstances.
Ziel des Forschungsprojekts ist es, eine Korrelation zwischen Gleeble-Heißzug-Prüfverfahren und Widerstandspunktschweiß-basierten Prüfverfahren herzustellen. Es soll die Effektivität von Methoden zu Vermeidung von Liquid Metal Embrittlement an realitätsnahen Prinzipbauteilen bewertet werden. Weiterhin soll Kenntnis über Auswirkungen von LME Rissen auf das Tragverhalten von realitätsnahen Prinzipbauteilen gewonnen werden.