Steigerung der Berechnungsgenauigkeit der Eigenspannungsverteilung im Aluminiumformguss mittels Neutronendiffraktometrie
Final Report Abstract
In Grundlagenversuchen wurde insbesondere ein statistisches Analyseverfahren entwickelt, mit dem eine Beurteilung des Einflusses der Mikrostruktur auf das Ergebnis von Dehnungsmessungen mit Neutronendiffraktion möglich ist. Aufgrund des signifikanten Einflusses der Korngröße im Aluminiumguss auf das Ergebnis der Dehnungsmessungen wurde eine rotationssymmetrische Verbundgussprobe entwickelt, um die Messstatistik – bei guter Ortsauflösung – zu verbessern. Ortsaufgelöste Eigenspannungsuntersuchungen an Verbundgussproben zeigten deutliche Abweichungen von Simulations- und Messergebnissen. Als Ursache wurden Spannungsrelaxationseffekte identifiziert. Zeitabhängiges Materialverhalten zur Berücksichtigung von Spannungsrelaxationsprozessen in Gussbauteilen wird in Simulationsprogrammen in der Regel nicht berücksichtigt. Die Simulationsergebnisse weichen daher deutlich von den real vorliegenden Eigenspannungswerten ab. Mit den erzielten Ergebnissen aus in-situ Versuchen konnten erstmalig neue Erkenntnisse zum zeit- und temperaturabhängigen Aufbau mechanischer Spannungen gewonnen werden. Die orts- und temperaturaufgelösten Messdaten wurden erfolgreich zum Abgleich von FE-Eigenspannungssimulationen während des Abkühlens von Verbundguss herangezogen.Das Ziel weiterer Arbeiten sollte sein, das entwickelte zeitabhängige Werkstoffmodell zur Berücksichtigung von Spannungsrelaxationsprozessen während Gießprozessen auf der Basis von erweiterten in-situ Dehnungsmessungen mittels Neutronenbeugung zu verfeinern und im Aluminium zu realisieren. Auf Basis der Messergebnisse von in-situ Experimenten an unterschiedlichen Gusslegierungen bei unterschiedlichen Abkühlraten könnte so ein allgemeingültigesWerkstoffmodell für Eigenspannungssimulationen an Aluminium-Verbundgussbauteilen entwickelt werden. Des Weiteren können die bei Bauteilen oft durchgeführten Wärmebehandlungen mittels Neutronenbeugung zeitaufgelöst analysiert werden. Mit den zu erwartenden Erkenntnissen aus in-situ Experimenten sind optimale Wärmebehandlungsparameter bestimmbar. Denkbar ist auch ein Abgleich mit der heute üblichen Simulation von Wärmebehandlungsvorgängen. Neben dem Einfluss der Wärmebehandlung auf den Eigenspannungszustand (Spannungsrelaxation) können durch die Auswertung von Diffraktogrammen gleichzeitig neue Erkenntnisse zu Phasentransformationen im Werkstoff während Wärmebehandlungen verfolgt werden.
