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Projekt
Entwicklung eines legierungselementspezifischen Fließkurvenmodells für Aluminiumlegierungen
Antragsteller
Dr.-Ing. Benjamin Milkereit; Privatdozent Dr. Volker Mohles
Fachliche Zuordnung
Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
Förderung
Förderung von 2012 bis 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 230561678
Die Simulation der Prozesskette von Aluminiumlegierungen ist weit entwickelt. Da bislang jedoch der wichtige Prozessabschnitt des Ausscheidungshärtens, insbesondere das Abschrecken, unzureichend berücksichtigt werden konnte, besteht in der Simulation eine gravierende Lücke.Die mechanischen Eigenschaften von Aluminiumwerkstoffen beim Abschrecken werden durch den Zustand des Mischkristalls beeinflusst. Die im Werkstoff enthaltenen Legierungselemente sind entweder gelöst oder z. T. in Sekundärphasen ausgeschieden. Messungen der Ausscheidungskinetik während des Abschreckens sind jedoch erst seit Kurzem möglich; des Weiteren werden Änderungen der mikrochemischen Zusammensetzung in Simulationen bislang nicht ausreichend erfasst.Ziel des Projektes ist es, ein elementspezifisches, physikalisches Werkstoffmodell für das mechanische Verhalten von Aluminiumlegierungen in Abhängigkeit realer Bedingungen beim Lösungsglühen und Abschrecken zu erstellen. Mit diesem sollen Fließkurven in Abhängigkeit von Temperatur und Kühlrate für verschiedene Legierungszusammensetzungen simuliert werden. Solche Simulationen von Fließkurven können perspektivisch in FEM-Simulationen eingebunden werden, mit denen Verzüge und Eigenspannungen beim Abschrecken von Aluminiumbauteilen simuliert werden.In Aachen ist seit Langem das Modell 3IVM(+) in Entwicklung und Anwendung, das Fließkurven simulieren kann. Allerdings berücksichtigt dieses die mikrochemischen Einflüsse auf plastisches Fließen nur unzureichend, und es ist wenig geeignet für kleine Dehnungen wie bei Abschreckverzügen. Für die Neumodellierung bestehen physikalische Ansätze, die umgesetzt und jeweils im Detail überprüft werden sollen. Hierfür bietet die Zusammenarbeit zwischen IMM (Aachen) und LWT (Rostock) ideale Voraussetzungen: Mit der am LWT vorhandenen, einzigartigen Ausstattung und Expertise können die Lösungs- und Ausscheidungszustände gezielt eingestellt und ermittelt werden, um die Modellierung am IMM zu unterstützen und zu validieren.Ein Teilziel ist es, die Abhängigkeit der Ausscheidungskinetik von Art und Konzentration der Legierungselemente sowie deren Wechselwirkung zu verstehen. Darüber hinaus gilt es, den Zusammenhang zwischen Lösungszustand und mechanischem Verhalten genau zu erarbeiten und so zu modellieren, dass sich auch eine erweiterte Anwendbarkeit des Modells ergibt. Hierzu sind Untersuchungen an hochreinen Laborlegierungen der binären Systeme Al-Mg und Al-Si, sowie ternären Al-Mg-Si-Varianten vorgesehen.Insbesondere werden in dem Projekt elementspezifische Parameter generiert, die im weiteren Sinne den Charakter von Naturkonstanten für die Wechselwirkung zwischen Aluminium und den Legierungselementen besitzen. Solche Konstanten bedeuten einen besonders nachhaltigen Erkenntnisfortschritt, und bei gutem Gelingen der Modellierung wird dabei auch der Weg für weitere Lösungselemente vorgezeichnet.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
