Fließspannungsverhalten metallischer Werkstoffe bis zu extremen Dehngeschwindigkeiten

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Lothar W. Meyer
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing
• Term: from 2006 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5449473

Das Fließspannungsverhalten metallischer Werkstoffe wird sehr stark von den auftretenden Belastungsbedingungen beeinflusst. Die aufgebrachte Verformungsgeschwindigkeit und Temperatur stellen neben dem Spannungszustand wesentliche Einflussfaktoren dar. Metallkundliche Überlegungen fuhren zu dem Schluss, dass sich der Zusammenhang zwischen der Fließspannung, der Temperatur T und der Dehngeschwindigkeit £ in einem werkstoffabhängigem T- 8 -Parameterfeld auf die thermisch aktivierte Überwindung kurzreichender Hindernisse durch bewegliche Versetzungen zurückfahren lässt. Bei sehr hohen Dehngeschwindigkeiten wird angenommen, dass zusätzliche Mechanismen, sog. Dämpfungseffekte, wirken. Durch diese zusätzliche Widerstände werden die Versetzungsbewegungen behindert und so deutliche überproportionale Erhöhungen der Fließspannungen erwartet. Bisherige Arbeiten widmen sich überwiegend dem Fließspannungsverhalten bis zu Dehnraten von 103 bis 104 l/s. Dabei sind häufig, abhängig von der verwendeten Prüftechnik, mit zunehmender Dehngeschwindigkeit kaum bis gar keine Aussage zum Einsetzen des Fließens und nur mit Einschränkung Aussagen zum weiteren Verlauf der Fließspannung möglich. Die Ursachen liegen in der Art und Durchführung der Experimente, inklusive der Probenvorbereitung. Gegenüber klassischen Werkstaffprüfverfahren müssen hier zum Teil deutlich höhere Anforderungen erfüllt werden.Der vorliegende Antrag hat das Ziel, das Fließspannungs-Verformungs-Verhalten im Bereich von l O4 l/s und bei sehr hohen Dehngeschwindigkeiten von l O5 - l O6 l /s zu untersuchen, zu verstehen und durch mikrostrukturell begründbare Modellvorstellungen zu beschreiben. Dazu wurden in der ersten Antragsphase unterschiedliche Hochgeschwindigkeits-Prüfmethoden optimiert und eingesetzt. Die vorhandenen Mess- und Prüftechniken wurden weiterentwickelt und auf die Untersuchung von Metallen mit unterschiedlichem Gittertyp angewendet. Weiterhin wurde im ersten Antragszeitraum das geschwindigkeitsabhängige Fließspannungsverhalten ultrafeinkörniger Gefüge untersucht. Weiterhin wurden erste Ansätze einer Modellierung des Werkstoffverhaltens auf Basis physikalisch begründeter aber auch (semi)empirischer Modelle entwickelt. Dies soll in der zweiten Antragsphase verstärkt werden. Dazu sind gezielte Mikrostrukturuntersuchungen in der zweiten Antragsphase gemeinsam mit unseren russischen Kooperationspartnern geplant. Vom Forschungsvorhaben wird ein bedeutender Erkenntnisgewinn zum Werkstoffverhalten von niedrigen bis zu extremen Belastungen erwartet. Das Forschungsvorhaben hat erstmalig die bisher getrennten Geschwindigkeitsgebiete der hochdynamischen Werkstoffcharakterisierung bei einachsiger Druckbelastung bei etwa 3 T O3 bis 104s 1 mit dem der Hochdruck-Flyer-Plate-Technik bei 105-106s 1 erfolgreich verbinden können und als Ergebnis eine seit Jahrzehnten offene Grundsatzfrage zur Fließspannungsabhängigkeit von der Dehnungsgeschwindigkeit positiv beantwortet.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: Russia
• Participating Persons: Professor Dr. G. Kanel; Professor Dr. S. V. Razorenov