Modellierung der Texturenentwicklung bei hcp-Metallen am Beispiel des Walzens von Magnesiumlegierungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im vorliegenden Berichtszeitraum wurden mehrere Varianten eines taylorbasierten Achtkornverbund-Texturmodells zur Berechnung von Verformungstexturen entwickelt. Diese Modelle sind in der Lage, Nachbarschaftsbeziehungen zwischen den Körnern zu berücksichtigen, was insbesondere die in anderen Modellen meist zu schnelle Ausbildung scharfer Texturen bremst. Die erstellten Varianten unterscheiden sich zum einen darin, ob sie die Taylorhypothese streng erfüllen, oder gewisse Abweichungen in den Scherkomponenten zulassen. Zum anderen können die sich durch die inhomogene Verformung benachbarter Körner ergebenden Überschneidungen oder Klaffungen zwischen den Körnern mit energetisch begründeten Straftermen begrenzt werden oder nicht. Es stellte sich dabei heraus, dass durch Vernachlässigung dieser Energien die Rechenzeit erheblich reduziert werden, ohne dass die Vorhersagen erkennbar schlechter werden. Im vorliegenden Projekt wurde außerdem zum ersten mal ein Zwillingsmodell in ein Achtkorn-Texturmodell integriert. Damit konnte die Texturentwicklung für Werkstoffe, bei denen mechanische Zwillingsbildung eine Rolle bei der plastischen Verformung spielt, qualitativ gut vorhergesagt werden. Insbesondere wurden die Achtkorn-Texturmodelle auch erfolgreich auf hexagonale Kristalle angewandt, die wegen ihrer starken Anisotropie und der massiven Zwillingsbildung eine besondere Herausforderung für die Textursimulation darstellen. Die Achtkorn-Texturmodelle haben sich als grundsätzlich geeignet zur Simulation hexagonaler Kristalle herausgestellt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die direkte Nachbarschaft sehr unterschiedlich hart orientierter Körner in den Achtkornverbünden die Inhomogenität der Verformung zunächst überschätzt. Wegen der sich dadurch angleichenden effektiven Fließspannungen verhielten sich die Achtkorn-Taylormodelle bei großen Verformungen daher sehr ähnlich wie das Taylormodell. Neben der Entwicklung der Achtkorn-Taylormodelle wurde auch ein verbessertes Zwillingsmodell in das so genannte viskoplastisch-selbstkonsistente Texturmodell integriert. Dieses Modell konnte im Vergleich zu einem bestehenden Zwillingsmodell die Texturvorhersage für Blechzugversuche an einem modernen Stahl, bei dem mechanische Zwillingsbildung auftritt, deutlich verbessern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Interactive Texture- and Finite-Element Simulation for Modelling of Complex Deformation Processes for hcp-metals. International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials, THERMEC 2003, T. Chandra, J. M. Torralba, T. Sakai (eds.), Mater. Sci. Forum, Vol. 426-432, Trans. Tech. Publications, Zürich (2003) 3679-3684
T. Walde, H. Riedel
- Modellierung der Textur- und Anisotropieentwicklung beim Walzen - Kopplung der Finite Elemente Methode mit mikrostrukturbasierten Modellen. Dissertation, Fakultät für Maschinenbau, Universität Karlsruhe (TH) (2004)
T. Walde
- Interactive Texture- and Finite-Element Simulation Including the Bauschinger Effect. Proceedings of ICOTOM 14 (2005)
T. Walde, H. Riedel
- Finite Element Implementation of a Selfconsistent Texture Model with a Hardening Law Based on Dislocation Densities. steel research int. 77 (2006) 741-746
T. Walde, P. Gumbsch, H. Riedel
- Prozesskettensimulation: vom Walzen bis zum Crash. crashMAT bei DaimlerChrysler, 19.05.06, Sindelfingen
H. Riedel
- Simulation of Texture Evolution During Rolling of Magnesium Alloy AZ31. Thermec 2006, 5.-9.07.06, Vancouver (Canada)
C. Schmidt, R. Kawalla, T. Walde, H. Riedel
- Texture in magnesium and two-phase materials. GAMM Jahrestagung, 27.-31. März 2006, Berlin
H. Riedel
- Texturmodelle und Kristallplastizität. Strategiesitzung MPG/FhG, 24.04.06, Düsseldorf
H. Riedel
- Modeling texture evolution during rolling of magnesium alloy AZ31. Materials Science and Engineering A 443 (2007) 277- 284
T. Walde, H. Riedel
- Simulation of earing during cup drawing of magnesium alloy AZ31. Acta Materialia 55 (2007) 867-874
T. Walde, H. Riedel
- Twinning models in Self-Consistent texture simulations of TWIP steels. Proceedings of Steelsim 2007, Sept. 12-14, 2007, Graz (Österreich)
A. Prakash, T. Hochrainer, E. Reisacher, H. Riedel
- A grain interaction model applied to texture predictions of magnesium. Int. Conf. on Texture of Materials (ICOTOM) 15, 1.-6. Juni 2008, Pittsburgh, Pen. (USA)
T. Hochrainer, H. Riedel, A. Prakash, D. Helm
- Comparison of Twinning Modeling Approaches with Application to TWIP Steel. Int. Conf. on Texture of Materials (ICOTOM) 15, 1.-6. Juni 2008, Pittsburgh, Pen. (USA)
A. Prakash, T. Hochrainer, H. Riedel
- Twinning models in self-consistent texture simulation of TWIP steel. steel research int. 79 No. 8 (2008) 645-652
A. Prakash, T. Hochrainer, E. Reisacher, H. Riedel
