Motivation

Eine der wesentlichen ingenieurwissenschaftlichen Herausforderungen in Deutschland als hochentwickeltes Industrieland liegt in der Bereitstellung hochbeanspruchbarer, effizienter Bauteile für unterschiedlichste Anwendungen wie z. B. in der Verkehrstechnik, dem Maschinenbau und der Infrastruktur.

Für die Herstellung derartiger Bauteile aus Metallwerkstoffen haben Umformverfahren eine zentrale Bedeutung. Durch sie wird nicht nur die geometrische Form wirtschaftlich und mit reproduzierbar hoher Qualität eingestellt, sondern gleichzeitig werden auch wichtige Eigen­schaften des metallischen Bauteils beeinflusst. Das heißt, bei gleichem Bauteil­werkstoff können unterschiedliche Umform­verfahren und Fertigungsfolgen zu identischen Bauteilgeometrien, aber unterschiedlichen Eigenschaften führen. Die Ursachen hierfür sind bisher nur teilweise bekannt. Während umform­induzierte Ver­festi­gungen, Eigenspannungen und die von einer eventuellen Wärmebehandlung beeinflusste Mikrostruktur beherrschbar sind und für eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Bauteils gezielt genutzt werden können, gilt dies nicht für die Schädigung. Bislang ist nicht bekannt, in welcher Weise die Schädigung durch jeden einzelnen Umformprozess beeinflusst wird, wie sie sich entlang der Prozesskette verändert und welchen Einfluss sie auf das Bauteilverhalten hat. Deshalb wird der Schädigungsgrad eines Bauteils und die Auswirkung auf das Bauteilverhalten bei der Produkt- und Prozessauslegung in der Regel durch großzügig bemessene empirische Sicherheitsfaktoren abgeschätzt.

Klassische Bauteilauslegung ohne Berücksichtigung der Schädigung

Hieraus ergeben sich zwei unmittelbare Konsequenzen:

• Bei der Dimensionierung von umformtechnisch hergestellten Bauteilen wird Leichtbaupotenzial vergeudet, weil die umformbedingte (Vor-)schädigung und damit die Sicherheitsreserve nicht genau quantifiziert werden kann.

• Bei der Auslegung des Umformprozesses werden nicht alle Einflüsse auf die Leistungsfähigkeit des Bauteils berücksichtigt. Dementsprechend erfolgt die Prozessgestaltung nicht mit der Maßgabe der gezielten Einstellung einer gewünschten Leistungsfähigkeit. 

Um das Potenzial moderner Werkstoffkonzepte und Umformverfahren für die Realisierung optimal leistungsfähiger Bauteile vollständig nutzbar zu machen, ist ein Paradigmenwechsel im Umgang mit der Schädigung zwingend erforderlich.