Werkstoffverhalten bei inkrementalen Umformvorgängen
Final Report Abstract
Ziel des Teilprojektes waren der experimentelle Nachweis und die Beschreibung des Materialverhaltens unter den Verhältnissen inkrementeller Umformverfahren. Dabei wird eine resultierende Verformung in vielen kleinen, ähnlichen Umformschritten erreicht. Jedes Materialgebiet wird dabei mehrmals umgeformt. Die Umformschritte sind überwiegend dadurch gekennzeichnet, dass sie Anteile einer Rückverformung enthalten. Damit wird das Material einem Walkvorgang unterworfen. Für die Werkstoffe 42CrMo4 N, Al99,7 und Reineisen konnte experimentell durch Torsionsversuche mit einsinniger und zyklisch inkrementeller Belastung die Fließspannung in Abhängigkeit von Hin- und Rückverformungsamplitude gezeigt werden. Für die Eisenwerkstoffe wurde anschließend mit Hilfe von aufwendigen Untersuchungen unter kombinierten Beanspruchungen die Entwicklung der Folgefließortkurven in Abhängigkeit vom Verformungspfad beobachtet. Für beide Werkstoffe wurden isotrope und anisotrope Verfestigungsanteile festgestellt, wobei für den untersuchten Stahl die anisotropen und für das Reineisen die isotrope Verfestigung dominierten. Ergänzend zu den Ergebnissen zum mechanischen Werkstoffverhalten wurden Mikrostrukturuntersuchungen durchgeführt. Die Analyse der Mikroverzerrungen bestätigte die Ergebnisse zum Fließverhalten. Anhand von transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen konnten für den Stahl 42CrMo4 N und Al99,7 Versetzungsstrukturen in Abhängigkeit vom Verformungszustand beobachtet werden. Mit zunehmender Verformung und mit steigendem Anteil an Walkarbeit durch Rückverformungsanteile wurde eine Versetzungszellbildung bis hin zur Subkornbildung nachgewiesen. Damit stehen freie Weglängen für bei Belastungsumkehr laufende Versetzungen bereit, ein früher Fließbeginn nach Richtungsumkehr wird begünstigt. An Reineisen konnten noch keine TEM-Untersuchungen durchgeführt werden. Während der Bearbeitung des Teilprojektes wurden Daten und Informationen mit Partnerprojekten ausgetauscht. Dies waren bspw. Torsionsfließkurven unter verschiedenen Umformbedingungen bzw. umformtechnische Werkstoffmodelle zur Unterstützung der Simulationsarbeiten zum Drückwalzen im Projekt von Prof. Awiszus. Weiterhin wurden experimentelle Daten zur Anpassung von komplexen Materialmodellen der Partnerprojekte aus der Mechanik (Prof. Besdo und Prof. Kreißig) zugearbeitet. Eine allgemeingültige und das experimentell ermittelte Werkstoffverhalten unter verschiedenen Belastungsbedingungen wiedergebende Modellierung wurde nicht erreicht. Eine Beschreibung kann in Zukunft nur durch sehr komplexe und parameterreiche phänomenologische Modelle oder durch auf mikrostrukturellen Größen basierende Modelle, die ein hohes Maß an aufwendigen, neuen Untersuchungen erfordern, erreicht werden.
Publications
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Bestimmung des Fließortes und des Folgefließortes nach zyklisch plastischer Verformung. Tagungsband, Schriftenreihe Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen, Band 24, 2006, Hrsg. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. B. Wielage, S. 125-136
F. Hahn, L.W. Meyer, C. Kuprin
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Experimental yield point determination in metals after large plastic strains. Proc. 3rd Forming Technology Forum Zurich, May 5-6, 2009, Rüschlikon (Zurich), Switzerland, p. 71-76, Institute of Virtual Manufacturing, ETH Zurich
L.W. Meyer, C. Kuprin, A. Shutov
