Einfluss fertigungsbedingter Gefüge- und Geometrieinhomogenitäten auf das Ermüdungsverhalten zweier Stahlsorten unter Berücksichtigung des Chargeneinflusses

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Martina Zimmermann, seit 7/2023
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413507401

Sowohl das Laserstrahlschneiden wie auch verschiedenste Umformtechniken sind aus der heutigen Prozesslandschaft nicht mehr wegzudenken. Während bei zyklisch beanspruchten Strukturen durch den Umformprozess sogar gezielt lokale Festigkeitseigenschaften eingestellt werden können (TRIP-Effekt), führt eine Laserschnittkante in der Regel zu einer deutlichen Reduzierung der Schwingfestigkeit, weshalb dieses Verfahren für zyklisch beanspruchte Strukturen bisher kaum zur Anwendung kommt. Die sich ausbildende Schnittkante (Grat, Oberflächenrelief, Wärmeeinflusszone) ist maßgeblich von den gewählten Schneidparametern, aber auch der Blechdicke und der Werkstoffcharge abhängig. Auch eine Verfestigung infolge deformationsinduzierter Martensitbildung wird signifikant durch die chemische Zusammensetzung des metastabilen Werkstoffs beeinflusst. Erfährt ein Werkstoff sowohl den thermischen Eintrag des Laserstrahlschneidens als auch die mit einem Umformprozess verbundenen mikrostrukturellen Veränderungen wird eine Vorhersage der Lebensdauer unter zyklischer Beanspruchung hinlänglich komplex. Die Schwingfestigkeit wird in diesem Fall von den Wechselwirkungen zwischen Laserschnittkante (und den daraus resultierenden Kerbeffekten), chemischer Zusammensetzung des Grundwerkstoffs und verformungsbedingter Gefügeveränderungen bestimmt. In dem geplanten Vorhaben gilt es am Beispiel zweier Stähle, dem 1.0338 und dem 1.4301, die Mikrostrukturentwicklung infolge der beiden Fertigungstechnologien unter Berücksichtigung des Chargeneinflusses aufzuklären und damit die maßgeblichen Prozessparameter zur gezielten Einstellung der Struktureigenschaften identifizieren zu können. Als Zielgröße steht hierbei die zyklische mechanische Festigkeit im Übergangsbereich zwischen High Cycle und Very High Cycle Fatigue im Vordergrund. Bei der Entwicklung einer statistisch zuverlässigen Grundlage für die Lebensdauervorhersage laserstrahlgeschnittener und umgeformter Strukturen soll daher das Zusammenspiel aus verformungsbedingten Verfestigungs- und/oder Phasenumwandlungsprozessen im Werkstoff einerseits und die Ausbildung der Kerben entlang der Laserschnittkante andererseits auf der Basis werkstoffphysikalischer Zusammenhänge als Merkmalsgrößen berücksichtigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: In-situ-Zugprüfeinrichtung für REM
• Gerätegruppe: 5140 Hilfsgeräte und Zubehör für Elektronenmikroskope
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckhard Beyer, bis 7/2023