Einfluss gezielter Vorverformung auf das Ermüdungsverhalten metallischer Schichtverbundwerkstoffe

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Niendorf
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461734789

Aufgrund der Möglichkeit gegensätzliche Materialeigenschaften gezielt zu kombinieren, gelingt es modernen metallischen Schichtverbundwerkstoffen die Eigenschaften ihrer monolithischen Bestandteile zu übertreffen. Infolge dieser exzellenten Eigenschaften finden metallische Schichtverbundwerkstoffe in verschiedensten industriellen Bereichen Anwendung. Sie sind darüber hinaus seit Jahren im Fokus von Forschungsprojekten. Durch den Einsatz warmgewalzter Schichtverbundwerkstoffe stehen der Automobilindustrie erstmals Blechwerkstoffe mit gezielt einstellbaren, gradierten Eigenschaften zur Verfügung, die kostengünstig und für die Großserie geeignet sind. Um einen zuverlässigen Einsatz solcher Werkstoffe gewährleisten zu können, ist ein tiefgreifendes Verständnis der Ermüdungseigenschaften erforderlich. Dabei steht besonders der Einfluss gezielter Vorverformungen im Fokus, da Bauteile aus warmgewalzten Schichtverbundwerkstoffen zumeist umformend hergestellt werden und somit in ihrer Prozesskette definierten Vorverformungen unterliegen.Eine Analyse des aktuellen Forschungsstands verdeutlicht jedoch, dass bis auf wenige Ausnahmen keine systematischen Untersuchungen zu den Ermüdungseigenschaften von Schichtverbundwerkstoffen vorliegen und dabei vor allem der Einfluss monotoner Vorverformungen auf das Lebensdauerverhalten bisher nicht adressiert wurde. Faktoren, die das Ermüdungsverhalten maßgeblich beeinflussen können, sind Defektdichten sowie der Eigenspannungszustand eines Bauteils. Zur Entstehung von Eigenspannungen in walzplattierten Schichtverbundwerkstoffen sowie zu deren Einfluss und Entwicklung unter zyklischen Belastungen sind in der Literatur nahezu keine Daten verfügbar.An dieser Stelle setzt das vorliegende Projekt an. Am Beispiel eines mittels Warmwalzen hergestellten Zweischicht-Verbundwerkstoffs soll das Verhalten unter zyklischer Belastung in verschiedenen Lebensdauerbereichen grundlegend untersucht und die Rolle der individuellen Schichten des Verbunds inklusive der Grenzschicht auf die Eigenschaften erforscht und über ein geeignetes Modell beschrieben werden. Mit Blick auf die angestrebten Anwendungsfelder des Zweischicht-Verbundwerkstoffs sollen dabei vor allem die Auswirkungen einer gezielten Vorverformung auf die Mikrostrukturentwicklung, den Eigenspannungszustand, die Defektdichte sowie das Ermüdungsverhalten betrachtet werden.Die im Projekt eingesetzten Analysemethoden werden die Aufklärung des Deck- und Grenzschichteinflusses auf das Ermüdungsverhalten des Zweischicht-Verbundwerkstoffs erlauben. Darüber hinaus wird der Einfluss gezielter Vorverformungen eingehend untersucht und im Modell abgebildet werden um somit Erkenntnisse darüber zu liefern, inwieweit die resultierenden Eigenspannungszustände, Defektdichten und mikrostrukturellen Änderungen in Abhängigkeit des Vorverformungsgrades eine verlängerte oder verkürzte Lebensdauer zur Folge haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen