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Unter Berücksichtigung des Leichtbaugedankens werden in der Automobilindustrie hochfeste Stahlfeinbleche eingesetzt. Aufgrund der korrosionsschützenden Wirkung hat sich im Karosseriebau der Einsatz verzinkter Stähle schon lange durchgesetzt. Im Fahrwerk werden die Stahlwerkstoffe üblicherweise unbeschichtet verarbeitet. Auch für Fahrwerksanwendungen steigen die Ansprüche an den Korrosionsschutz, wodurch die Nachfrage an verzinktem Stahlfeinblech stetig zunimmt. Als Fügeverfahren ist das Metallschutzgas (MSG)-Schweißen etabliert. Eine typische Verbindungsgeometrie für geschweißte Fahrwerkstrukturen ist der Überlappstoß. Insbesondere bei dieser Geometrie stellt die Zinkschicht eine große Herausforderung an die schweißtechnische Verarbeitung dar. Während des Schweißprozesses verdampft die Beschichtung aufgrund ihres geringen Siedepunktes und führt zu Poren in der resultierenden Schweißnaht. Für Reparaturschweißungen von Offshore-Anlagen ist das hyperbare Unterwasserschweißen weit verbreitet, das sowohl nass als auch trocken durchgeführt werden kann. Die hyperbaren Prozessbedingungen beeinflussen den Lichtbogen auf unterschiedliche Art und Weise, welche sich unmittelbar auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung auswirken. Hierzu zählen unter anderem die Energiedichte des Lichtbogens, die Einschweißtiefe und das Abkühlverhalten der Schweißnaht. Zusätzlich ist ein positiver Effekt auf die Porenreduzierung beim MSG-Schweißen von Aluminiumwerkstoffen bekannt. Der Mechanismus der Porenbildung beim Schweißen von Aluminiumwerkstoffen unterschiedet sich jedoch grundlegend zu dem von verzinkten Stählen. Daher war es von Interesse nachzuweisen, inwiefern ein ähnlicher Effekt auch beim Schweißen verzinkter Stähle erreichbar ist. Die vorliegende Arbeit zeigt die Vorteile trockener hyperbarer Prozessbedingungen auf die Porenreduzierung beim MSG-Schweißen eines feuerverzinkten Complexphasenstahls an der fahrwerkstypischen Verbindungsgeometrie des Überlappstoßes sowie die Auswirkungen auf die resultierende Schweißnahtgeometrie.

Die Bedeutung technischer Gase nimmt weltweit immer weiter zu. Insbesondere in Folge politischer Vorgaben zur Emissionsreduktion und Einhaltung der Klimaziele werden verflüssigtes Erdgas (LNG) für Schifffahrt und landgestütztes Transportgewerbe aber auch Wasserstoff immer wichtiger. Auch die derzeitige weltpolitische Lage verdeutlicht noch einmal vehement die Relevanz von LNG für die sichere Energieversorgung von Haushalten und Industrie in Deutschland und Europa. Aufgrund der signifikant erhöhten Speichereffizienz bedingt durch niedrigere Volumina erfolgt der Transport und die Lagerung vornehmlich im kryogenen Zustand. Dies impliziert allerdings besondere Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe, da die Temperaturen im Bereich von -196°C und tiefer maßgeblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften ausüben. In den letzten Jahren wurde der kaltzähe martensitische Stahl vom Typ X8Ni9 für kryogene Anwendungen vermehrt verbaut. Dies ist auf die wesentlich höheren Festigkeitseigenschaften, welche z.T. auch bei der Bemessung verlangt werden und der resultierenden Masseersparnis im Vergleich zu kaltzähen hochnickellegierten Austeniten zurückzuführen. Neben der vergleichsweise geringen Festigkeit hochnickellegierter Austenite, machen die höheren Preise und die Anfälligkeit rohstoffmarktbasierter Preisschwankungen die Werkstoffe für den Einsatz mit hohem Materialbedarf wirtschaftlich unattraktiv. Durch die gesteigerten Anforderungen der Lagerung von flüssigem Wasserstoff an die Tieftemperaturzähigkeit geraten die herkömmlichen eingesetzten Tieftemperaturwerkstoffe an ihre Grenzen. Während sich Austenite durch gute Verarbeitungseigenschaften ausweisen, ergeben sich bei der schweißtechnischen Verarbeitung nickelhaltiger Martensite massive Probleme, die Qualität, Mechanisierungsgrad und Durchsatz negativ beeinflussen. Einen Lösungsansatz für den aufgezeigten Problemkreis aus Automatisierbarkeit, Materialkosten und notwendigen Eigenschaften, insbesondere hoher Festigkeit und Kaltzähigkeit, bietet die Nutzung neuartiger mittel- und hochmanganhaltiger austenitischer Stähle. Im Rahmen dieser Arbeit sollen konkret als erster Schritt mittelmanganhaltige Stähle als günstiges Substitut zu konventionellen nickellegierten Austeniten untersucht werden. Im Fokus steht die umfassende Nutzbarmachung für kryogene Anwendungen, sodass zuverlässige und genormte schweißtechnische Verarbeitungsanweisungen sowie Zulassungen für die schweißtechnische Verarbeitung austenitischer Manganstähle für die beschriebenen kryogenen Anwendungen in den notwendigen Dimensionen erreicht werden können. Für die Erzielung der geforderten mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung wird im Rahmen dieser Ausarbeitung der Einfluss einer Dotierung des Schutzgases mit Stickstoff betrachtet.

Duplexstähle besitzen ein zweiphasiges Gefüge und werden aufgrund ihrer verbesserten Schweißeignung gegenüber den Vollausteniten häufig im Anlagen- bzw. Apparatebau eingesetzt. Aufgrund der hohen Abkühlgeschwindigkeit und dem Abbrand von Legierungselementen kommt es zu einer Ferritisierung des Schweißguts und damit zu einer Degradation der mechanischen Eigenschaften. Zur Vorhersage des Phasenverhältnisses im Schweißgut wird das WRC1992-Diagramm genutzt. Dieses Diagramm zeigt einige Ungenauigkeiten und benötigt zur genaueren Vorhersage der Phasenverhältnisse eine Überarbeitung. Um den Einfluss einzelner Elemente auf das Schweißnahtmikrogefüge besser zu verstehen, wurden drahtförmige Schweißzusatzwerkstoffe mit dem Ferrit-Bildner Nb und dem Austenit-Bildner Cu beschichtet und für Schweißungen verwendet. Die Messmethode der Laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) bietet hier eine gute Möglichkeit der in situ Überwachung der chemischen Konzentrationen, während des WIG-Schweißens von Duplexstählen. Die LIBS-Messergebnisse, konnten mit der Ferritnummer und der Schweißnahtmikrostruktur korreliert werden. Damit konnte das Ziel, nämlich die Vorhersagegenauigkeit des WRC1992-Diagramms zu verbessern erreicht werden und es wurden Empfehlungen für die Anpassungen der Berechnungsgrundlage des Diagramms abgeleitet.

High entropy alloys (HEAs) are among of the most promising new metal material groups. The achievable properties can exceed those of common alloys in different ways. Due to the mixture of five or more alloying elements, the variety of high entropy alloys is fairly huge. The presented work will focus on some first insights on the weldability and the wear behavior of vanadium carbide precipitation Cr27.5Co14Fe22Mo22Ni11.65V2.85 HEA. The weldability should always be addressed in an early stage of any alloy design to avoid welding-related problems afterwards. The cast Cr27.5Co14Fe22Mo22Ni11.65V2.85 HEA has been remelted using a TIG welding process and the resulting microstructure has been examined. The changes in the microstructure due to the remelting process showed little influence of the welding process and no welding-related problems like hot cracks have been observed. It will be shown that vanadium carbides or vanadium-rich phases precipitate after casting and remelting in a two phased HEA matrix. The hardness of the as cast alloy is 324HV0.2 and after remelting the hardness rises to 339HV0.2. The wear behavior can be considered as comparable to a Stellite 6 cobalt base alloy as determined in an ASTM G75 test. Overall, the basic HEA design is promising due to the precipitation of vanadium carbides and should be further investigated.

Brittle intermetallic phases are formed when steel and aluminum are joined. Therefore, it is difficult to use this combination of materials when applying the multimaterial design in the construction of load-adapted and weight-adapted structures. In order to largely avoid the formation of these brittle phases, joining processes based on diffusion processes, such as composite forging, depict a good solution approach. The materials are joined in a solid state. Furthermore, zinc additives are used to create the joint. Zinc forms a compound with both steel and aluminum without the formation of brittle phases. By combining the composite forging process with zinc additives, strength values of 26 N/mm2 can be reached. This is higher, in comparison to former investigations of resistance spot welded and clinched joints. The joint properties depend on the composition of the zinc interlayer. Small amounts of magnesium in the zinc interlayer affected the strength and ductility values. While the strength decreased by about 30% in contrast to the zinc layer without magnesium, the ductility increased by 60%. This effect was probably due to the metallurgical impact of the alloying elements on phase formation, as could be shown by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analyses of the joint zones. Thereby, it was shown that the brittle intermetallic phases are located only in small areas.

Die nachhaltige Nutzung von Bodenflächen in der Land- und Forstwirtschaft unter ökologischen Aspekten ist, ebenso wie die ökonomische Betriebsführung, eine der Kernanforderungen an die heutigen land- und forstwirtschaftlichen Betriebe. Die Fülle der Gesetze und Zertifizierungen, wie z.B. das FSC-Gütesiegel, führen heute dazu, dass die Anforderungen an die neuzeitlichen Agrar- und Forstgeräte immer weiter zu niedrigeren Bodenbelastungen unter Steigerung der Nutzlasten führen. Durch diese neuen gesetzlichen Rahmenbedingungen und dem Wunsch nach einer erhöhten Produktivität sowie der Verringerung der Bodenverdichtung wird der Druck, Leichtbau auch bei forst- und agrarwirtschaftlichen Maschinen umzusetzen, immer größer. Dabei spielt auch der Wunsch nach immer größeren Nutzlasten für eine gesteigerte Produktivität eine entscheidende Rolle. Hierfür ist die Einführung von Leichtbauaspekten und eine funktionale Werkstoffauswahl eine Möglichkeit. Um das Ziel einer Leichtbaustrategie zu erreichen wird nachfolgend eine systematische Analyse der Einflussfaktoren auf die Festigkeit von Schweißverbindungen unter unterschiedlichen Lastarten (statisch, zyklisch und schlagartig-dynamisch) durchgeführt, um die Gewichtsreduktion über eine funktionale Werkstoffauswahl und eine gezielte Modifikation von Schweißzusatzwerkstoffen zu erreichen. Bei der funktionalen Werkstoffauswahl wird davon ausgegangen, dass sich das Verhalten von verschiedenen Stählen, entsprechend ihrer chemischen Zusammensetzung, der Gefügeausprägung und der Herstellungsmethode, im Gegensatz zum derzeit verbreiteten Kenntnisstand, voneinander unterscheiden können. Ziel der Arbeit ist es, durch das dargestellte Vorgehen, die Grundlagen für eine Gewichtsreduktion von Rahmenkonstruktionen in der Agrartechnik, mit dem Fokus auf schweißtechnische Verbindungen und deren Festigkeiten unter variierenden Belastungsarten, von 50% zu erarbeiten. Beim detaillierten Vergleich der Verbindungseigenschaften von zwei unterschiedlichen Feinkornbaustahlgruppen um eine funktionale Werkstoffauswahl für Leichtbaupotentiale identifizieren und charakterisieren zu können, zeigte sich, dass trotz vergleichbarer mechanischer Ausgangseigenschaften signifikante Unterschiede im Gefüge vor und nach dem Schweißen vorhanden sind. Diese führen dazu, dass sich nach dem Schweißen deutlich andere Eigenschaften einstellen und so für eine der Stahlgruppen deutlich höhere zyklische Lasten ertragbar sind. Des Weiteren konnte über die Erarbeitung einer weiteren Methodik zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung unter statischen, zyklischen und dynamisch-schlagartigen Belastungen unter Modifikation des Schweißzusatzwerkstoffes, die technische Dauerfestigkeit noch weiter gesteigert werden. Hierzu wurde gezielt die Fließfähigkeit der Schmelze durch eine Oberflächenbeschichtung mit Titan beeinflusst und dadurch die geometrische Kerbwirkung am Nahtübergang vermindert. Auf Basis der erhöhten technischen Dauerfestigkeit unter zyklischer Last und dem Erfüllen der an die Verbindungen gestellten statischen und dynamisch-schlagartigen Festigkeitsanforderungen, ist ein Leichtbaupotential von deutlich über 50% hinsichtlich des Rahmengewichts in der Agrartechnik antizipierbar, da in jedem Fall die Grundwerkstofffestigkeit erreicht werden oder gängige Auslegungskriterien um mehr als 50% überschritten werden., The sustainable use of land in agriculture and forestry under ecological aspects, as well as economic management, is one of the core requirements for today's agricultural and forestry enterprises. The plethora of laws and certifications, such as the FSC seal of quality, mean that the demands placed on modern agricultural and forestry equipment are leading to ever lower soil loads and increased payloads. Due to these new legal framework conditions and the desire for increased productivity as well as the reduction of soil compaction, the pressure to implement lightweight construction in forestry and agricultural machinery is becoming ever greater. The desire for ever greater payloads also plays a decisive role in increasing productivity. The introduction of lightweight construction aspects and a functional selection of materials is one way of achieving this. In order to achieve the goal of a lightweight design strategy, a systematic analysis of the influencing factors on the strength of welded joints under different load types (static, cyclical and impact-dynamic) will be carried out in order to achieve weight reduction through functional material selection and targeted modification of filler metals. The functional material selection is based on the assumption that the behaviour of different steels, according to their chemical composition, the microstructure and the manufacturing method, can differ from each other, in contrast to the currently widespread state of knowledge. The aim of the work is to develop the basis for a weight reduction of 50% for frame constructions in agricultural engineering, with the focus on welding joints and their strengths under varying load types, by means of the procedure described. A detailed comparison of the joining properties of two different fine-grained structural steel groups in order to identify and characterise a functional material selection for lightweight potential showed that, despite comparable mechanical initial properties, there are significant differences in the microstructure before and after welding and that these lead to significantly different properties occurring after welding and thus to significantly higher cyclic loads being bearable for one of the steel groups. Furthermore, by developing a further methodology for improving the mechanical properties of the welded joint under static, cyclic and dynamic shock loads by modifying the filler metal, it was possible to further increase the technical fatigue strength. For this purpose, the flowability of the melt was specifically influenced by a surface coating with titanium, thereby reducing the geometric notch effect at the seam transition. On the basis of the increased technical fatigue strength under cyclic load and the fulfilment of the static and dynamic strength requirements placed on the joints, a lightweight construction potential of well over 50% can be anticipated with regard to the frame weight in agricultural engineering, since in any case the base material strength is achieved or common design criteria are exceeded by more than 50%.