Einfluss von Mikrostruktur- und Verformungsparametern auf die Ermüdungseigenschaften von hochgradig verformtem Eisen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Enrico Bruder
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242435020

In Folge steigender Rohstoff- und Energiekosten gewinnt der Aspekt der Ressourceneffizienz von Produkten sowohl in der Fertigung als auch in der Anwendung zunehmend an Bedeutung. Ein möglicher Ansatz dieser Herausforderung zu begegnen besteht darin, das Potential von kommerziell verfügbaren Werkstoffen bezüglich anwendungsrelevanter Eigenschaften zu erhöhen. Für metallische Konstruktionswerkstoffe sind hierbei die Ermüdungseigenschaften für viele Anwendungen von zentraler Bedeutung. Eine vielversprechende Methode zur Steigerung der Festigkeit von Metallen, sowohl unter statischer als auch unter zyklischer Last, bieten Verfahren der Severe Plastic Deformation, die zu einer Kornfeinung in Folge einer hochgradigen plastischen Verformung führen. Für diese Verfahren besteht jedoch bislang nur ein lückenhaftes Verständnis bezüglich der Auswirkungen verschiedener Prozessparameter (und der daraus resultierenden Mikrostruktur) auf die Ermüdungseigenschaften, insbesondere auf die bei zyklischer Belastung ablaufenden Schädigungsmechanismen. Hier liegt der Ansatzpunkt des vorliegenden Forschungsvorhabens, das zum Verständnis der genannten Zusammenhänge am Beispiel des Modellwerkstoffs Eisen einen wesentlichen Beitrag leisten soll. Dabei stehen neben ultrafeinkörnigen (UFG) Gefügen auch deren Vorstufen, d.h. hochverformte Zustände mit Dehnungen zwischen 1 und 4 im Fokus, die mit geringerem Fertigungsaufwand herstellbar sind.Der Schwerpunkt des Forschungsvorhabens liegt auf der Identifizierung der Schädigungsmechanismen bei Lebensdauern oberhalb von 10^4 Lastwechseln und deren Korrelation mit der Verformungsstruktur sowie einer prozessbedingten Vorschädigung im Werkstoff. Im Rahmen des Vorhabens werden Prozessparameter bzw. Mikrostrukturparameter gezielt variiert und deren Einfluss auf die wirksamen Schädigungsmechanismen sowie die ertragbaren Lastamplituden untersucht. Durch Variation des Grades der Vorverformung im Bereich von 1 bis 4 sollen die Ermüdungseigenschaften dieser wenig erforschten Zustände und deren Potential als kostengünstige Alternative zu UFG Zuständen mit höherer Vorverformung untersucht werden. Im Bereich der UFG Gefüge mit Dehnungen größer 6 wird eine Variation der Kornstreckung und schädigungsrelevanter Prozessparameter (Dehnrate, hydrostatische Druckspannungen) vorgenommen, um einerseits den Einfluss der effektiven Gleitlänge in Bezug auf die Belastungsrichtung und andererseits den Einfluss der Prozessführung sowie einer dabei eingebrachten Vorschädigung auf die Ermüdungseigenschaften und deren Richtungsabhängigkeit zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen