Cladded steel for clutch disc carriers

Die Entwicklung von Doppelkupplungen mit immer höheren Drehmomenten bei gleichzeitig geringerem Bauraum stellt höchste Ansprüche an deren Bauteile und die verwendeten Werkstoffe. Beispielsweise müssen Lamellenträger eine sehr hohe Verschleißfestigkeit aufweisen, gleichzeitig muss der Werkstoff aber eine sehr gute Umformbarkeit besitzen, damit das Bauteil im Umformverfahren herstellbar ist. Daher werden Lamellenträger aktuell aus hochduktilem Feinkornbaustahl hergestellt und anschließend wärmebehandelt. Durch die Entwicklung eines Herstellverfahrens zur Massenproduktion von Stahlschichtverbundwerkstoffen steht dem Automobilbau seit kurzem eine neue Werkstoffklasse zur Verfügung. Für die Prozessroute von Lamellenträgern können Stahlschichtverbundwerkstoffe, bestehend aus einem duktilem Grundmaterial und einer verschleißfesten Deckschicht, eine kostengünstige Alternative bieten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Umformbarkeit, die Verschleißfestigkeit und die Eigenspannungen verschiedener Stahlschichtverbundwerkstoffe betrachtet. Die Umformbarkeit und das Versagensverhalten wurde mittels Biegeversuchen untersucht. Durch in-Situ Biege- und Zugversuche mit anschließender digitaler Bildkorrelation wurden die lokalen Dehnungsverteilungen ermittelt. Das Versagensverhalten wurde anschließend mithilfe einer erweiterten Umformsimulation modelliert. Die Verschleißfestigkeit und die Verschleißmechanismen wurden auf einem Komponentenprüfstand für Lamellenträger untersucht. Mittels Röntgendiffraktometrie wurde der Eigenspannungstiefenverlauf der Stahlschichtverbundwerkstoffe ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Versagen von Stahlschichtverbundwerkstoffe mit duktilem Grundmaterial und verschleißfester Deckschicht unter Biegebelastung durch die Entstehung von Scherbändern, die Lokalisierung der plastischen Verformung mit Einschnürung der Deckschicht und anschließend dem Riss der Deckschicht charakterisiert wird. Durch die Erweiterung einer konventionellen Umformsimulation durch die Implementierung lokal unterschiedlicher Streckgrenzen im Material und einem gekoppelten Schädigungsmodell kann das Versagens-verhalten sehr genau abgebildet werden. Im Vergleich zu S355 zeigten die Stahlschichtverbundwerkstoffe ein deutlich besseres Verschleißverhalten, wobei der Verschleißmechanismus und die Verschleißfestigkeit von dem Deckschichtwerkstoff und dessen Mikrostruktur abhängig ist. Von den untersuchten Werkstoffen zeigte die Kombination aus S355 als Grundmaterial und 100Cr6 (GKZ geglüht) als Deckschichtwerkstoff die besten Verschleiß- und Umformbarkeitseigenschaften. In den untersuchten Stahlverbundwerkstoffen wurden nur geringe Eigenspannungen festgestellt, welche auf den Herstellprozess, nicht aber auf die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe, zurückzuführen sind.