Werkstoffmechanische und mikrostrukturelle Untersuchungen zum biaxialen Bauschinger-Effekt in Blechwerkstoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Franz-Xaver Wagner
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318682861

Der seit langem bekannte Bauschinger-Effekt beschreibt eine Veränderung der Fließspannung bei Lastrichtungsumkehr. Zwar gibt es umfangreiche Untersuchungen zum Bauschinger-Effekt und verschiedenen mikrostrukturellen Ursachen unter einachsiger Belastung. Allerdings sind, speziell bei der Umformung von Blechwerkstoffen, ähnliche Effekte auch unter sich verändernden mehrachsigen Spannungszuständen zu erwarten - und von direkter praktischer Relevanz zum Beispiel für die Umformtechnik. In diesem Forschungsprojekt soll erstmals die biaxiale Verformung von Blechwerkstoffen mit einem Wechsel von biaxialem Zug zu biaxialer Druck-Belastung in der Blechebene systematisch mit Blick auf mehrachsige Bauschinger-Effekte untersucht werden. Dafür wurden an der TU Chemnitz neue Prüfaufbauten entwickelt, die einerseits eine einachsige Zug- und Druck-Verformung und andererseits eine biaxiale Druck-Druck-Verformung von Blechproben ermöglichen. Mit diesen neuen Methoden für die mechanische Werkstoffprüfung soll nun die werkstoffwissenschaftlich interessante Aufgabenstellung angegangen werden, biaxiale Bauschinger-Effekte zu dokumentieren und mikrostrukturelle Ursachen zu identifizieren. Als Modellwerkstoffe kommen Bleche aus technisch reinem Aluminium und aus dem Stahl DC06 zum Einsatz. Die detaillierten werkstoffmechanischen Untersuchungen, in denen Kreuzzugproben (bei Kooperationspartnern in Erlangen) zunächst biaxial auf systematisch variierte Dehnungswerte vorverformt und anschließend daraus entnommene Druck-Druck-Proben biaxial unter Druck verformt werden, werden ergänzt durch Finite Elemente-Rechnungen zur genauen Analyse der Spannungs- und Dehnungszustände. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei notwendiger Weise auf dem Einfluss von Texturen in den Blechwerkstoffen auf das anisotrope Materialverhalten. Zudem müssen strength differential-Effekte vom Bauschinger-Effekt abgegrenzt werden. Im Fokus des Projektes stehen außerdem insbesondere umfangreiche elektronenmikroskopische (REM, EBSD, STEM, TEM, Transmission Kikuchi Diffraction) und röntgenographische Untersuchungen, mit denen die relevanten mikrostrukturellen Mechanismen (vor allem die Bildung und Auflösung von Versetzungszellen), die die biaxialen Bauschinger-Effekte maßgeblich beeinflussen, gezielt in den verschiedenen Verformungsstadien dokumentiert und quantifiziert werden sollen. Schließlich soll auch die Ausbildung und Entwicklung von Eigenspannungszuständen über die gesamte Verformungsgeschichte der Proben durch Röntgenbeugung betrachtet und mit den mikrostrukturellen Beobachtungen in Zusammenhang gebracht werden. Dafür sind sowohl ex situ-Messungen an unterschiedlich weit verformten Proben als auch in situ-Messungen während der biaxialen Verformung am POLDI-Instrument für Neutronenbeugung in Villigen (Schweiz) geplant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Helena van Swygenhoven; Professor Dr.-Ing. Kai Willner