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Projekt
TP4: Wechselwirkungen thermischer Phänomene mit der Bildung adiabatischer Scherbänder beim HGSS
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
Fachliche Zuordnung
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Fügetechnik und Trenntechnik
Fügetechnik und Trenntechnik
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460484491
Die Forschungshypothese dieses Teilprojekts innerhalb der Forschergruppe beruht auf der Annahme einer Abhängigkeit der Ausbildung adiabatischer Scherbänder von thermischen Randbedingungen, wie den maximalen Prozesstemperaturen (T) und dem Thermoschock (T_punkt), also der zeitlichen Ableitung des Temperaturverlaufs, in Wechselwirkung mit der Schmelztemperatur sowie des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Blechwerkstoffes (T_S und α_s). Auf Basis von grundsätzlichen Ursache-Wirkungszusammenhängen ist das vorrangige Ziel die Entwicklung eines phänomenologischen Modells, das erstmalig die Zusammenhänge der materialspezifischen unteren Grenzgeschwindigkeit, ab der es zur Ausbildung eines adiabatischen Scherbandes kommt, mit den Parametern T_S, T und T_punkt, im Zusammenhang mit α_s beschreibt. Dieses Modell erlaubt dann erwartungsgemäß eine Inter- bzw. Extrapolation auf andere Werkstoffe und Blecheigenschaften, wie beispielsweise die Blechdicke. Die Ergebnisse dienen auch dazu die klassische Theorie der dynamischen Rekristallisation zu bewerten, bei der die Scherbandbildung direkt mit der Rekristallisationstemperatur in Zusammenhang gebracht wird, die wiederum mit der jeweiligen Schmelztemperatur korreliert. Zur Ermittlung dieser Parameter wird ein innovatives Verfahren, bestehend aus einem Versuchswerkzeug für den Einsatz auf einer mechanischen Schellläuferpresse und einer auf Thermoelektrizität basierenden Messtechnik, entwickelt. Die Nutzung von Thermoelektrizität im Messaufbau ermöglicht eine instantane, in-situ Temperaturmessung an der Schneidkante der Werkzeugaktivelemente. Diese verzögerungsfreie Messmethode ermöglicht es erstmalig, den Thermoschock (T_punkt) während eines Hochgeschwindigkeitsscherschneidprozesses zu bestimmen. Vorgewärmte Bleche erlauben eine Beeinflussung des Thermoschocks durch eine Reduzierung der Temperaturdifferenz zwischen dem Beginn der Umformung und dem Zeitpunkt der Ausbildung des adiabatischen Scherbandes. Durch die Verwendung spezieller Einsätze, die einen optischen Zugang zur Umformzone bieten, können mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera der Rissfortschritt sowie Dehnungen und Dehnraten aufgezeichnet und so die Scherbandbildung bewertet werden. Der Parameter Schmelztemperatur (T_S) kann über die Variation des Blechwerkstoffes beeinflusst werden. Hierfür kommen unterschiedliche Legierungen zum Einsatz – von niedrigschmelzenden Metallen wie Zinn und Zink über die Aluminiumlegierung EN AW-5754 bis hin zu Stahlwerkstoffen, wie 22MnB5.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
