Fließspannungsverhalten metallischer Werkstoffe bis zu extremen Dehngeschwindigkeiten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ausgehend von der Optimierung der Prüftechnik und Probenspezifikation für die Hochgeschwindigkeitsstauchprüfung das mechanische Werkstoffverhalten an Materialien unterschiedlichen Gittertyps untersucht und diskutiert. Durch die Kooperation mit dem Institute of Problems of Chemical Physics in Chernogolovka ist es erstmals gelungen, für eine Vielzahl von Werkstoffen gleichen Zustandes die Dehnratensensitivität über einen weiten Bereich an Dehnungsgeschwindigkeiten bis 10 hoch 6 1/s zu untersuchen. Es konnten entgegen den bisherigen Annahmen des Schrifttums keine Anzeichen für Dämpfungseffekte bei Dehnraten >10 hoch 3 1/s gefunden werden. Das Fließspannungsverhalten scheint über den gesamten betrachteten Dehngeschwindigkeitsbereich thermisch aktiviert zu sein. Darüber hinaus ist es durch die Zusammenarbeit mit dem Institute of Problems of Chemical Physics der Russischen Akademie der Wissenschaften und dem Department of Physics and Engineering der staatlichen Universität Tomsk gelungen, eine ultrafeinkörnige Titanlegierung in einem weiten Bereich von Dehnungsgeschwindigkeiten durchgehend zu untersuchen. Weiterhin wurden erste Ansätze einer Modellierung des Werkstoffverhaltens auf Basis physikalisch begründeter, zum Teil auch (semi)empirischer Modelle durchgeführt, mit deren Hilfe das Werkstoffverhalten bis zu extremen Dehngeschwindigkeiten erfolgreich beschrieben werden konnte. Um die Entwicklung physikalisch begründeter Modelle voranzutreiben, könnte in einem weiteren Forschungsvorhaben die Versetzungskonfiguration und Versetzungsdichte durch gezielte mikrostrukturelle Untersuchungen bestimmt und in bereits bestehende mathematische Ansätze integriert werden. Für ein solches Forschungsvorhaben wäre der Einsatz eines kombinierten Elektronenstrahl- und fokussierenden Ionenstrahlmikroskops sinnvoll, wie es beispielsweise seitens der staatlichen Universität Tomsk zur Verfügung steht. Diese Methode eignet sich im Speziellen auch für die Mikrostrukturuntersuchungen ultrafeinkörniger Materialien. Damit könnte ein besseres Verständnis für die Zusammenhänge zwischen den mikrostrukturellen Vorgängen und den erzielten mechanischen Eigenschaften bei extremen Dehngeschwindigkeiten geschaffen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Experimental investigations and modelling of strain rate and temperature effects on the flow behaviour of 1045 steel. Journal de Physique IV (Proceedings), Vol. 134. 2006, Issue 1, pp.75-80.
Meyer, L.W.; Halle, T.; Herzig, N.; Krüger, L.; Razorenov, S.V.
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Mechanical behavior of fine-grained metal alloys under dynamic loadings . Proc. 2nd Int. Conf. Deformation and fracture of materials and nanomaterials, Moscow. 2007. pp. 304-306.
Skripnyak, V.A., Skripnyak E. G., Kruger L., Meyer L.W., Razorenov S.V., Kanel G.I.
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Mechanical behavior of fine-grained metal alloys under dynamic loadings. Proc. Int. Conf. XI Khariton's Topical Scientific Readings. Sarov, Russia, 2007, pp.369-374.
Skripnyak, V.A., Skripnyak E. G., Kruger L., Meyer L.W., Razorenov S.V., Kanel G.I.
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Mechanical behavior of fine-grained titanium alloys in the range of strain rates from 10 2 s-1 to 10 6 s -1 . Physics of Extreme States of Matter– 2007, Chernogolovka. 2007. - P. 122-125.
Skripnyak, V.A., Skripnyak E. G., Ratochka I.V., and Diachenko E.N.
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Dynamic strength and failure behavior of titanium alloy Ti-6Al-4V for a variation of heat treatments. Mechanics of Time-Dependent Materials, Vol. 12. 2008, Issue 3, pp. 237-247.
Lothar W. Meyer; Lutz Krüger; Kristin Sommer; Thorsten Halle; Matthias Hockauf
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Modelling of the Mechanical Behaviour of Ultra Fine Grained Titanium Alloys at High Strain Rates. Proceedings 3rd Int. Conf. on High Speed Forming ICHSF, 11th-12th March, 2008, Dortmund, Germany, pp. 141-150.
Herzig, N.; Meyer, L.W.; Musch, D.; Halle, T.; Skripnyak, V.A.; Skripnyak, E.G.; Razorenov, S.V.; Krüger, L.
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The Mechanical Behaviour of Ultra Fine Grained Titanium Alloys at High Strain Rates. Proc. 3rd Int. Conf. on High Speed Forming ICHSF, 11th-12th March, 2008, Dortmund, Germany, pp. 65-74.
Herzig, N.; Meyer, L.W.; Musch, D.; Halle, T.; Skripnyak, V.A.; Skripnyak, E.G.; Razorenov, S.V.; Krüger, L.
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Deformation and fracture of UFG alloys under shock wave loadings. Computer simulation on the mesoscopic levels. Proc. Int. Conference "Shock Wave in Condensed Matter", St-Petersburg - Novgorod, 5-10 September, 2010. pp. 319-322.
Skripnyak, V.A., Skripnyak E.G.
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Material Behavior under Dynamic Mono-and Biaxial Loading,
Engineering Transactions, Vol. 58. 2010, Issue 3-4, pp. 119–129.
Meyer, L.W., Herzig, N., Pursche, F. Abdel-Malek, S.
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On the Plastic Wave Propagation Along the Specimen Length in SHPB Test. Experimental Mechanics, Vol. 50.2010, Issue 7, pp. 1061–1074.
Wang Z.G., Meyer L.W.
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Correlation between Dynamic Material Behavior and Adiabatic Shear Phenomenon for Quenched and Tempered Steels, Engineering Transactions, Vol. 59. 2011, Issue 2, pp. 67-84
Pursche, F.
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Manufacture of a beta-titanium hollow shaft by incremental forming. Production Engineering, Vol. 5. 2011, Issue 3, pp. 227-232.
Neugebauer, R., Meyer, L.W., Halle, T., Popp, M., Fritsch, S., John, C.
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2012. Microstructural evolution and mechanical properties of β-Titanium Ti-10V-2Fe-3Al during incremental forming. 2012 TMS Annual Meeting. Supplemental Proceedings: Materials Processing and Interfaces, Volume 1.2012.
S. Winter, S. Fritsch, M. F.-X. Wagner
