Stahl Stahl-Verbund mit maßgeschneiderten Eigenschaften

ThyssenKrupp Steel vereinigt in TriBond unterschiedliche, teils gegensätzliche, Werkstoffeigenschaften in einem dreischichtigen Stahlband. Derzeit werden unsymmetrische Schichtaufbauten entwickelt und das dreischichtige System auf fünf oder mehr Schichten erweitert.

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Das Warmwalzplattieren unterschiedlicher Stahlgüten wird zwar bereits im Grobblech-Bereich eingesetzt, jedoch entstehen dort Tafeln und kein Coilmaterial. Das TriBond-Verfahren erzeugt in einem Schritt zwischen den einzelnen Schichten eine innige metallische Verbindung auf atomarer Ebene. Die hohe Haftfestigkeit der Verbindung wurde unter anderem durch Scherversuche nachgewiesen. Als Coilmaterial lässt sich TriBond wirtschaftlich weiterverarbeiten und kann genauso gebeizt, kalt gewalzt und angearbeitet werden wie konventionelles Stahlband.

Prozessschritt Einsatzhärten kann entfallen

Ursprünglich ging es bei TriBond um die Kombination verschleißfester Oberflächen mit einem gut umformbaren Kernwerkstoff. Das Material wird für Komponenten verwendet, die früher nach dem Umformprozess noch einsatzgehärtet werden mussten, um die nötige Verschleißfestigkeit zu erreichen. Dieser Vorgang, bei dem die Teile je nach Dicke mehrere Stunden oder auch mehrere Tage in einer dafür ausgelegten Gasatmosphäre geglüht werden müssen, ist nicht nur sehr aufwändig, er führt auch oft dazu, dass die Komponenten sich verziehen und nachgearbeitet werden müssen. Dieser Prozessschritt lässt sich mit TriBond einsparen und das war ausschlaggebend für den Erfolg des Verbundwerkstoffs. Für den Maschinen- und Automobilbau fertigt man heute unter anderem Gleit- und Wälzlager aus diesem Schichtwerkstoff. Weitere mögliche Anwendungen sind Lagerhülsen, Sitzschienen oder Ventiltassen.

Umformvermögen und Crashverhalten von TriBond

Das Umformvermögen von TriBond wurde auf der Grundlage von Grenzformänderungsdiagrammen (FLC/Flow Limit Curve) nach der Nakajima-Methode ermittelt. Dabei zeigt sich, dass die Höhenlage der Grenzformänderungskurve von TriBond im Bereich weicher Standard-Tiefziehgüten liegt. Gleiches gilt für das durch das Grenzziehverhältnis dokumentierte Tiefziehvermögen. Das Crashverhalten von TriBond wurde in Fallturmversuchen untersucht. Der Axialcrashversuch weist dabei eine gleichmäßige Energieaufnahme über den Verformungsweg auf. Durch Variation des Schichtaufbaus lässt sich das Crashverhalten des Verbundwerkstoffs an spezielle Anforderungen anpassen.

Unsymmetrische Schichten optimieren die Eigenschaftsverteilung

Gegenwärtig arbeiten die Entwickler bei ThyssenKrupp Steel daran, das Potenzial des Verfahrens weiter auszuschöpfen. So lassen sich beispielsweise unsymmetrische Schichtaufbauten herstellen, bei denen unterschiedlich dicke, harte Schichten einen umformbaren Kernwerkstoff umschließen. Ein TriBond-Verbund mit einer Dickenverteilung von 40 % für die gut umformbare Kernschicht und 25 beziehungsweise 35 % für die beiden äußeren verschleißbeständigen Schichten ist gerade bei einem führenden Landmaschinenhersteller in Erprobung. Eine solche Verteilung von Härte und Duktilität ließe sich durch Einsatzhärten nicht herstellen. Außerdem möglich ist die Kombination von hoher Zugfestigkeit und guten Umformeigenschaften oder die Verbindung von verschleißfesten mit gut schweißbaren Materialien.

Entwicklung eines Dreischicht-Systems mit korrosionsbeständigen Oberflächen

Ein weiteres Entwicklungsprojekt ist Nirosta TriBond als dreilagige Kombination eines Qualitätsstahles mit geringem Kohlenstoffanteil mit rost-, säure- und hitzebeständigen Stählen. Mögliche Anwendungen gibt es im chemischen Apparate- und Behälterbau, wo Nirosta TriBond als wirtschaftliche Alternative zu Edelstahl-Vollblechen willkommen sein dürfte, im Bereich Haushaltwaren und auch bei der Fertigung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen. Der Status der Entwicklung: Warm- und Kaltband sind auf der Warmwalz-Pilotanlage gefertigt worden, die ThyssenKrupp Steel für die Entwicklung neuer Produkte am Standort Dortmund betreibt. Beiz- und Glühversuche sind positiv verlaufen, die Verbundeigenschaften sowie die mechanischen Kennwerte sind genauso gut wie beim bereits eingeführten TriBond-Material.

Verfahren wird auf fünf Schichten übertragen

Beim Projekt MultiBond soll das TriBond-Verfahren auf Mehrschicht-Systeme übertragen und das Eigenschaftsspektrum des Verbundwerkstoffs entsprechend erweitert werden. Gedacht ist hier an Materialkombinationen mit Außenschichten, die eine erstklassige Oberflächenqualität besitzen, Zwischenschichten mit hoher Festigkeit und einer Kernschicht, die für gute Umformbarkeit sorgt. Auch hier sind die Walzplattier- und Kaltwalzversuche auf den Dortmunder Pilotanlagen erfolgreich verlaufen, umfassende anwendungstechnische Untersuchungen stehen noch aus. Wenn die Entwicklungsarbeiten abgeschlossen sind, soll das Produkt unter dem Namen PentaBond auf den Markt kommen.

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