Untersuchung zur Flüssigmetallversprödung beim Widerstandspunktschweißen von hochmanganhaltigen Stählen

Aufgrund immer knapper und kostenintensiver werdender Ressourcen und klimapolitischer Ziele zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes ist die Automobilindustrie bestrebt, den Kraftstoffverbrauch trotz steigender Kundenanforderungen an Komfort, Sicherheit, Qualität und Langlebigkeit deutlich zu verringern. Gerade im Bereich der Karosserie wird deshalb werkstofflicher Leichtbau betrieben. Zur Realisierung dieser Anforderungen werden hochfeste Stähle mit guten Umform- und Crasheigenschaften gefordert. Eine Möglichkeit sind hochmanganhaltige Stähle, bei denen aufgrund des TWIP-Effektes (engl. Twinning Induced Plasticity) bei Verformung eine Zwillingsbildung stattfindet und dadurch Festigkeiten um 1000 MPa und Bruchdehnungen von über 60 % erreicht werden. Beim Fügen dieser TWIP-Stähle im oberflächenveredelten Zustand tritt der Effekt der Flüssigmetallversprödung (engl. Liquid Metal Embrittlement (LME)) auf, bei dem das aufgeschmolzene Zink aus der Oberflächenbeschichtung an lokal besonders stark beanspruchten Stellen die Korngrenzen angreift, zwischen diese gelangt und zu einer Auftrennung und damit zu Rissen führt, die im schlimmsten Fall durch die gesamte Werkstoffdicke laufen. Vor dem genannten Hintergrund ist das Ziel dieser Arbeit, nach der Charakterisierung der Werkstoffe hinsichtlich ihrer physikalischen und mechanisch-technologischen Kennwerte, Verarbeitungsrichtlinien für das Widerstandspunktschweißen von Mischverbindungen aus oberflächenveredelten hochmanganhaltigen TWIP-Stählen und ferritischen Feinkornbaustählen zu erarbeiten, sowie mit einer numerischen Simulation zu verifizieren. Der besondere Fokus liegt auf der Vermeidung oder zumindest Minimierung der induzierten LME-Risse in Widerstandspunktschweiß- sowie Warmzugversuchen, die weiterhin an zwei hochlegierten CrNi-Stählen als Referenzwerkstoffe durchgeführt wurden. Durch die Verwendung einer geeigneten Kombination von Elektrodenkappendurchmesser und -kraft sowie einer eingebrachten Diffusionssperrschicht zwischen dem TWIP-Stahl-Grundwerkstoff und der Oberflächenbeschichtung lassen sich die auftretenden LME-Risse auf akzeptable Längen gegenüber der Ausgangssituation verkürzen. Eine komplette Rissunterdrückung lässt sich jedoch nach den aktuellen Forschungsergebnissen nicht erreichen.