Numerische Abbildung der Warmmassivumformung mit integrierter Wärmebehandlung unter Berücksichtigung des Einflusses veränderlicher Spannungszustände auf das umwandlungsplastische Dehnverhalten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 212963651

Im Zuge einer schnellen Abkühlung von Bauteilen in Warmmassivumformprozessen kommt es zu einer Gefügeumwandlung von Austenit zu Martensit. Neben elastischen, plastischen und thermischen Formänderungen treten hierbei auch umwandlungsbedingte und umwandlungsplastische Dehnungen auf. Umwandlungsbedingte Dehnungen ergeben sich aus dem Umklappen der Gitterstruktur von Austenit zu Martensit und der damit einher gehenden Volumenvergrößerung. Umwandlungsplastische Dehnungen resultieren aus plastischen Verformungen an der Phasengrenze bei der Bildung von Martensitpartikeln in einer austenitischen Matrix. Sie tragen bei Warmmassivumformprozessen zur Bildung von Eigenspannungen und unerwünschten Verzügen bei. Das Ziel dieses Projektes besteht in der Weiterentwicklung numerischer Ansätze zur Bestimmung von Eigenspannungen und Verzügen unter Berücksichtigung des lastabhängigen Einflusses umwandlungsplastischer Dehnungen auf das Gefüge und dem daraus resultierenden Spannungs- und Formänderungszustand warm umgeformter Bauteile. Auf Basis grundlegender experimenteller Untersuchungen werden insbesondere die lastabhängigen umwandlungsplastischen Dehnungen für zwei Warmarbeitsstähle ermittelt. Diese Daten werden zur Erweiterung bestehender Modelle herangezogen, die im Folgenden mittels benutzerdefinierter Unterprogramme in ein kommerzielles FE-System implementiert werden. Für ein verzugsanfälliges Demonstratorbauteil erfolgen numerische Simulationen. Zur Herstellung von Bauteilen wird ein entsprechendes Werkzeug konstruiert und gefertigt. Die Validierung der entwickelten Methoden erfolgt abschließend durch die Gegenüberstellung berechneter und an Realbauteilen messtechnisch erfasster Verzüge und Eigenspannungen sowie durch metallographische Untersuchungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen