Numerisch-experimentelle Methodenentwicklung für superplastische Innenhochdruck-Umformprozesse von Titan-Hohlprofilen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Walther; Dr.-Ing. Sven Winter
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550647906

Das Hauptziel ist die Entwicklung, Erprobung und Validierung einer numerisch-experimentell und werkstoffwissenschaftlich gestützten Auslegungsmethodik für superplastische Innenhochdruck-Umformprozesse (SPF-IHU) und der Nachweis der Übertragbarkeit auf industrienahe Geometrien. Titanlegierungen sind aufgrund ihrer Mikrostruktur (hdp-Gitterstruktur der α-Phase) und den daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften, wie eine begrenzte Umformbarkeit, hohe Zugfestigkeit und hohem Elastizitätsmodul schwer bei Raumtemperatur umzuformen. Daher sollen quasi-statische Hochtemperatur-Slow-Strain-Rate-Zug- und Torsionsversuche ergänzt durch -Rohrberstversuche unter superplastischen Bedingungen und Materialanalytik Grundlage eines Materialmodells bilden. Der Kernpunkt jedoch ist die numerische Auslegung und experimentelle Validierung eines auf die Bauteilgeometrie und Mikrostruktur abgestimmten dehnratenkonstanten Innendruck-Zeit-Verlaufs, der den wichtigsten Prozessparameter im SPF-IHU-Prozess darstellt. Im Vergleich zu den für IHU-Prozesse typischen Innendruck-Zeit-Verlaufskurven, die eine konstante Druckaufbaurate aufweisen, sollen mit dieser Methode bauteilspezifische dehnratengesteuerte Druck-Verlaufskurven ermittelt werden, die das lokale Überschreiten der Dehnratenmaxima im Werkstoff bzw. Bauteil über den superplastischen Bereich hinaus verhindern. Dadurch können über den gesamten Prozess superplastische Werkstoffeigenschaften und höchste einschnürungsfreie Umformgrade gewährleistet werden. Die zu entwickelnde Prozessauslegungsmethode soll die halbzeug- und prozessspezifischen Einflussfaktoren auf den Umformprozess, wie herstellungsbedingter Textur, Mikrostruktur und Verfestigung, durch angepasste Prüf- sowie Auswertungsstrategien berücksichtigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen