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Moderne Methoden zur Charakterisierung der Gefüge-Eigenschaftsbeziehungen ultrafeinkörniger Metalle nach dem Equal-Channel Angular Pressing

Subject Area Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials
Term from 2010 to 2015
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 188445736
 
Final Report Year 2017

Final Report Abstract

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden wichtige wissenschaftliche und prozesstechnische Fragestellungen im Zusammenhang mit der Mikrostrukturbildung während der ECAP-Umformung, dem Einfluss verschiedener Werkzeugparameter und dem resultierenden Materialverhalten systematisch untersucht. Übergeordnetes Ziel des Projektes war es, grundlegende Untersuchungen zum Verhalten des Materials während der ECAP-Umformung durchzuführen. Die wesentlichen Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst und die oben genannten Fragestellungen damit beantwortet werden: • Mit Hilfe umfangreicher röntgenografischer Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass selbst nach achtfacher ECAP-Umformung eine Parallelität der vor der Umformung in Halbzeuge mit Kreisquerschnitt eingebrachten W-Drähte nach wie vor vorhanden ist. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass es während der Umformung des untersuchten Reinstkupfers zu keiner nennenswerten Verdrehung der Halbzeuge um ihre Längsachse kommt. Der ECAP-Prozess kann damit trotz im realen Werkzeug immer vorhandener Reibung auch sinnvoll und reproduzierbar für die Herstellung von runden Halbzeugquerschnitten angewendet werden. • Unter Verwendung zweier baugleicher ECAP-Werkzeuge mit unterschiedlichen Maßstäben (Halbzeugquerschnitte: Labormaßstab 15 x 15 mm², Großmaßstab 50 x 50 mm²) konnte gezielt die Skalierbarkeit des Verfahrens untersucht werden. Neben den mechanischen Eigenschaften stand insbesondere die Entwicklung der Mikrostruktur im Fokus der Untersuchungen. Der systematische Vergleich der Mikrostrukturen mehrerer Umformzustände in beiden Größenordnungen zeigte anschaulich, dass – bei sinnvoller Gestaltung der Prozessparameter, die in Chemnitz mit großem Aufwand betrieben wurde – keine nennenswerten Skalierungseffekte auftreten. Untersuchungen aus großen ECAP-Halbzeugen sind damit sehr gut vergleichbar mit den in den meisten Arbeitsgruppen weltweit typischen, wesentlich kleineren Halbzeugen. • Hinsichtlich des Einflusses eines der Scherung überlagerten Biegeanteils (als Funktion des Gegendrucks) konnte gezeigt werden, dass mit steigender Anzahl an Umformschritten neben der Festigkeit auch die Homogenität der mechanischen Eigenschaften steigt. Dieser Zusammenhang kann mit Hilfe der vom Verfestigungsvermögen des Werkstoffs abhängigen Ausbildung der Scherzonengeometrie während der Umformung erklärt werden. • Anhand von einachsigen Druckversuchen sowie durch Scherzugversuche mit größenangepassten Probenformen wurde systematisch dokumentiert, dass die ECAP- Umformung zu einer stark ausgeprägten Anisotropie der mechanischen Eigenschaften im Werkstoff (Reinst-)Kupfer führt. Dieses lokal teils sehr unterschiedliche Werkstoffverhalten wird durch ein komplexes mikrostrukturelles Zusammenspiel von Textur, Kornform, richtungsabhängiger Kaltverformung sowie eventuell durch die lastrichtungsabhängige Bildung und Annihilation von Substrukturen (wie Versetzungzellwänden) bestimmt und bedarf weiterer Untersuchungen.

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