Ziel des Teilprojekts B04 ist die Entwicklung eines grundlegenden Verständnisses der physikalischen Mechanismen der Schädigungsentstehung und -entwicklung bei der Massivumformung anhand des Werkstoffs 16MnCrS5. Mithilfe moderner elektronenmikroskopischer Verfahren sollen die bei der Umformung ablaufenden Prozesse von der Kaltverfestigung, der Lokalisierung der Plastizität und der Ausbildung von Eigenspannungen korreliert werden mit den mikroskopischen Mechanismen der Schädigungsentstehung. Die Einflüsse der plastischen Prozesse auf Porenbildung, Porenwachstum und Porenvereinigung sind in erheblichem Maße vom Lastpfad (Spannung, Dehnung, Dehnrate und resultierende Temperatur) abhängig. Die lastpfadabhängigen Zusammenhänge zwischen Kaltverfestigung, Eigenspannungen und den lokalen Schädigungsereignissen sollen im vorliegenden Teilprojekt ermittelt und daraus Vorhersagen für eine kontrollierte schädigungsreduzierende Umformstrategie entwickelt werden.

Um dies zu erreichen, werden zunächst im Arbeitspaket 1 und 2 die Frühstadien der Verfestigung und der Aufbau von Eigenspannungen sowie die Wechselwirkung mit vorhandenen Ausscheidungen und Poren mit fortschrittlichen elektronenmikroskopischen Analysemethoden, wie EBSD (electron backscatter diffraction), ECCI (electron channeling contrast imaging) und TEM (Transmissionselektronenmikroskopie) in einem skalenübergreifenden Ansatz untersucht. Damit wird eine konsistente Beschreibung der durch die Umformung initiierten Mechanismen, die zu Porenbildung und -wachstum führen, erreicht. Im Arbeitspaket 3 wird die Entstehung von Poren und Kurzrissen an Gefügeinhomogenitäten und nichtmetallischen Einschlüssen detailliert untersucht, um ein Verständnis des Einflusses der unterschiedlichen Ver- und Entfestigungsstadien zu erlangen und deren Einflüsse im Hinblick auf die spätere Schädigung zu differenzieren.

Parallel zu diesen hochauflösenden Methoden, die an Querschliffen umgeformter Proben durchgeführt werden, sollen im Arbeitspaket 4 im Großkammer-REM in situ zyklische Biegeversuche im Low Cycle Fatigue (LCF)-Bereich durchgeführt werden, um die Entwicklung der Schädigung bei zyklischer Belastung des Werkstücks zeitaufgelöst zu untersuchen.

Neben der Untersuchung der im eigenen Teilprojekt im Arbeitspaket 4 plastisch-beanspruchten Proben, werden die Untersuchungen auch an bis zu definierten Zuständen umgeformten Werkstücken aus den massivumformenden Teilprojekten A01 und A02 durchgeführt. Im Hinblick auf die Zusammenarbeit mit den Teilprojekten C01, C02 und C03 liefert das Teilprojekt B04 Eingangsdaten für die Simulation und überprüft die Modellvorhersagen. Die von dem Teilprojekt B01 durchgeführten Wechselbiegeversuche auf der Makroskala sollen gemeinsam mit den Ergebnissen aus dem Teilprojekt B04 zu einer skalenübergreifenden Beschreibung zusammengeführt werden.

Die Ergebnisse der Untersuchungen werden im Arbeitspaket 5 zu Mechanismenkarten zusammengefasst.

In der zweiten Förderperiode sollen die im TRR 188 entwickelten schädigungskontrollierten Umformprozesse mit den zuvor vorgestellten Methoden untersucht werden. In der dritten Förderperiode sollen die gewonnenen Erkenntnisse auf ein erweitertes Werkstoffspektrum mit hoher Anwendungsrelevanz und die Optimierung der Umformprozesse übertragen werden.

Projektleitung
Dr. rer. nat Anke Aretz
Gemeinschaftslabor für Elektronenmikroskopie (GFE), RWTH Aachen

Dr. rer. nat. Alexander Schwedt
Gemeinschaftslabor für Elektronenmikroskopie (GFE), RWTH Aachen

Projektbearbeitung
Anthony Dunlap M.Sc.
Gemeinschaftslabor für Elektronenmikroskopie (GFE), RWTH Aachen