Das Ziel des Teilprojekts ist die Untersuchung der Beeinflussung der Betriebseigenschaften des Werkstoffs durch eine duktile Schädigung der Mikrostruktur infolge umformtechnischer Formgebung. Anhand von Wechselverformungsversuchen wird ermittelt, inwiefern ein im Vorfeld zu bestimmender initialer Schädigungsgrad die Lebensdauer eines Probekörpers / Bauteils im Vergleich zu einem nicht umgeformten Referenzzustand (Ausgangszustand) herabsetzt.

Die wissenschaftliche Zielsetzung besteht darin, eine Kurzzeitversuchsmethodik zu qualifizieren, die die Interaktion zwischen einer duktilen Vorschädigung und einer einsatzbedingten Ermüdungsschädigung aufzeigt und eine Beurteilung des geschädigten Werkstoffs hinsichtlich seiner Betriebseigenschaften zulässt. Die zu entwickelnde Methodik basiert auf einem instrumentierten Mehrstufen-Schwingversuch, der durch den Antragsteller bereits erfolgreich zur Evaluierung der Eigenschaften metallischer Werkstoffe eingesetzt wird. Das in-situ-Monitoring der Schädigungsevolution erfolgt durch einen kombinierten Messaufbau, der Sensoren zur Spannungs-Dehnungs-Hysteresemessung, zur Erfassung von verformungsinduzierten Temperaturänderungen und zur Detektion von Änderungen des elektrischen Widerstands beinhaltet. Mittels optischer Systeme wird eine ortsaufgelöste Beurteilung des oberflächenbezogenen Dehnungs- und Temperaturfelds durchgeführt, sodass geschädigte Werkstoffbereiche anhand von Verformungsinhomogenitäten und örtlichen Wärmequellen lokalisiert werden können. Die betroffenen Gebiete werden mittels einer mikromagnetischen Multiparameter-analyse zerstörungsfrei hinsichtlich ihrer Gefügezusammensetzung und ihres Schädigungsgrads untersucht. Ausgehend von einer im Verbund mit den Projektpartnern im Bereich B durchgeführten metallografischen Analyse der Prüfobjekte hinsichtlich des initialen Schädigungsgrads, wird die Schädigungsentwicklung im Versuch bewertet und der Einfluss von Mikrodefekten untersucht. Ergänzend werden Versuchsreihen an wärmebehandelten Prüfobjekten durchgeführt, um die Auswirkungen sonstiger während der Kaltumformung auftretenden Mikrostruktur-veränderungen, bspw. einer erhöhten Versetzungsdichte, von einer Schädigung durch geometrische Fehlstellen zu separieren.

 

Geplante Versuchsmethode zur Analyse der zyklischen Schädigungsevolution in Abhängigkeit einer duktilen Vorschädigung

Im Teilprojekt B01 wird primär die Prozessroute Massivumformung bzw. der hierbei verwendete Werkstoff 16MnCrS5 evaluiert, zudem wird eine Übertragbarkeit der erarbeiteten Strategie auf den Blechwerkstoff DP800 nachgewiesen. In der zweiten Hälfte der ersten Förderperiode erfolgt eine Beurteilung entlang der Prozesskette Massivumformung, um ein grundlegendes Verständnis über die Interaktion der einzelnen Umformprozesse und Lastpfade im Hinblick auf den jeweils erzielten Werkstoffzustand zu generieren. Die Ergebnisse werden mittels etablierter analytischer Ansätze zur mathematischen Beschreibung des Werkstoffverhaltens unter Wechselbeanspruchung in eine Prozess-Schädigungs-Eigenschafts-Beziehung überführt, die als Werkzeug zur Auslegung schädigungskontrollierter Umformprozesse in der zweiten Förderperiode fungieren soll.

In der zweiten Förderperiode liegt der Fokus auf der Betrachtung zusätzlicher Einflussgrößen (Oberflächenbeschaffenheit, Einsatztemperatur) auf das Ermüdungsverhalten der Werkstoffe 16MnCrS5 und DP800 sowie auf Versuchen im Very-High-Cycle-Fatigue-Bereich (VHCF; NB ≫ 107). In der dritten Förderperiode wird das Verhalten bauteilähnlicher Prüf-objekte untersucht und eine Strategie zur Qualitätssicherung in der industriellen Praxis erarbeitet.

Projektleitung
Prof. Dr.-Ing. habil. Frank Walther
Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT), TU Dortmund

Projektbearbeitung
Lisa Samfaß, M.Sc.
Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT), TU Dortmund