Ermittlung von Fließkurven für Blechwerkstoffe im Mikrobereich mittels Aero-Bulgetest unter Berücksichtigung des Skalierungseffektes
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die äquivalenten biaxialen und einachsigen Fließkurven von Kupfer- und Aluminiumblech mit Dicken von 10 bis 100 μm wurden in Abhängigkeit der Korngröße mit Hilfe von Aero-Bulgetests und Zugversuchen ermittelt. In der Untersuchung weist die senkrechte Anisotropie der jeweiligen Blechdicken konstanter Wert über die Glühtemperatur bzgl. Korngröße auf. Aus diesem Grund zeigt die Fließkurve aus Zugversuch und Aero-Bulgetest ein definierbarer Zusammenhang. Für die Nutzung der Ergebnisse in der FE-Simulation werden daher die Werkstoffkennwerte und die Fließkurve aus dem einachsigen Zugversuch analysiert. Die Ergebnisse mit Kupferblech werden exemplarisch dargestellt. Der Einfluss der Korngröße auf die 0,2 %-Streckgrenze lässt sich nach der Hall-Petch Beziehung linear beschreiben. In der Untersuchung ist die Hall-Petch Konstante K unabhängig von der Probendicke konstant, d.h. der Einfluss der Korngröße auf die 0,2 %-Streckgrenze ist unabhängig von der Probendicke. Lediglich die Startspannung für die Versetzungsbewegung σo verhält sich direkt proportional zu den Kehnwert der Blechdicke s (σo≈s^-1). Mit steigender Korngröße nehmen die Fließspannungen und Bruchdehnungen ab. Mithilfe einer Sensitivitätsanalyse wurde eine empirische Formel zur Berechnung der Fließspannung als Funktion der mittleren Korngröße abgeleitet. Die mithilfe der abgeleiteten Formel berechneten Fließkurven wurden mit den experimentell ermittelten Fließkurven verglichen und verifiziert. Das Grenzformänderungsdiagramm wurde mittels Zugversuchs mit Kerbproben für den Zug-Druck-Bereich des Diagramms und mittels Aero-Bulgetests mit unterschiedlichen Niederhalterformen für den Zug-Zug-Bereich bestimmt. Für die dünnen Proben muss das Grenzformänderungsdiagramm experimentell bestimmt werden, da die dünnen Proben vor der Einschnürung reißen, so dass das Grenzformänderungsdiagramm auf Basis der Instabilitätstheorie nicht berechnet werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit werden Ergebnisse zum Werkstoffverhalten dünner Kupferbleche vorgestellt, mit deren Hilfe vorhandene Werkstoffmodelle verbessert werden können. • Untersuchung des Einflusses der Korngröße auf die mechanischen Werkstoffkennwerte, insbesondere der senkrechten Anisotropie und der 0,2 %-Streckgrenze • Untersuchungen des Einflusses unterschiedlicher Blechdicken bei konstanten Korngrößen • Modellierung der Fließkurve in Abhängigkeit der Korngröße • Bestimmung der Grenzformänderungsdiagramme Um das Ziel zu erreichen, wird der einachsige Zugversuch durchgeführt und der hydraulische Tiefungsversuch für dünne Bleche modifiziert. Im Aero-Bulgetest wird Luft als Druckmedium anstelle einer Flüssigkeit für die Reduzierung der Reibungseinflüsse eingesetzt. Mit diesem Verfahren lässt sich die äquivalente biaxiale Fließkurve für dünne Blechdicke einfach und genau ermitteln. Mögliche Anwendungen dieses Verfahren sind: • Ermittlung der äquivalenten biaxialen Fließkurve • Bestimmung des Grenzformänderungsdiagramms Mit Kombination der FE-Simulation kann der Aero-Bulgetest für die folgenden Anwendungen erweitert werden. • Ermittlung der einachsigen Fließkurve bis zu hohen Dehnungen mittels iterativer Näherung der senkrechten Anisotropie mittels FE-Simulation • Bestimmung des E-Moduls mittels FE-Simulation
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Tensile Test of very thin Sheet Metal and Determination of Flow Stress Considering the Scaling Effect. Annals of the CIRP, Vol. 55/1/2006, pp 234-238
Hoffmann H., Hong, S.
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Tensile Test of very thin Sheet Metal and Determination of Flow Stress Considering the Scaling Effect. CIRP 2006
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Detemiination of the biaxial flow stress curve of very thin 99.5% Aluminum sheets. CIRP special Session, Tagungsband 2007 und keynote paper 2008
Hoffmann H., Golle R., Kim J., Hong S.
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Determination of the biaxial flow stress curve of very thin 99.5% Aluminum sheets. CIRP special session 2007
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Untersuchung des Einflusses der Mikrostruktur des dünnen Kupferbleches auf die Werkstoffkennwerte. 5ter Hochschul-Kupfersymposium, 2008, Zeitschrift (Metall) 10/ 2008
Kim J., Hoffmann H.
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Untersuchung des Einflusses von Skalierungseffekten auf Werkstoffkennwerte bei Dünnblechen. Dissertation, 2008
Seokmoo Hong
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Determination of uniaxial flow stress curve using Aero-Bulgetest for very thin copper sheet. AMPT 2009
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Untersuchung zum Werkstoffverhalten von sehr dünnen Kupferblechen. Abschlusskolloquium Prozessskalierung, Bonn, 11./12.02.2009, ISBN-978-3-933762-29-0
Kim J., Hoffmann H., Golle M., Golle R.
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Untersuchungen zum Werkstoffverhalten von sehr dünnen Kupferblechen. Abschlusskolloquium 2009
