Die speziellen Eigenschaften moderner metallischer Werkstoffe werden weniger durch ihre chemische Zusammensetzung als vielmehr durch ihre Mikrostruktur bestimmt. Während der Formgebungsprozesse von Metallen zu Bauteilen bilden sich im Werkstoff fertigungsbedingte Vorschädigungen, die sich entlang der umformtechnischen Prozesskette durch Akkumulieren, Wachstum und Koaleszenz von Poren zu duktiler Schädigung entwickeln und das Bauteilverhalten stark beeinflussen können. Insbesondere für moderne Stähle mit mehrphasiger Mikrostruktur sind die Zusammenhänge zwischen der Werkstoffvorschädigung im Halbzeug und der Schädigungsentwicklung entlang der umformtechnischen Prozesskette zum Endprodukt bisher nur unzureichend bekannt. Daher sollen in diesem Teilprojekt die mikrostrukturellen Ursachen für die duktile Schädigungsentstehung und Schädigungsentwicklung am Beispiel von ferritisch-martensitischen Dualphasenstählen (DP800) entlang der Prozessschritte der Blechumformung vom fertigen Warmband bis zum tiefgezogenen Bauteil in enger Kooperation mit den prozesstechnologischen Teilprojekten A04 (Flachwalzen), A05 (Biegeumformung) und A06 (Tiefziehen) untersucht werden. Dafür sollen spezielle in-situ-Charakterisierungsmethoden im Rasterelektronenmikroskop eingesetzt werden, die die duktile Schädigung auf mesoskopischer Ebene nachbilden, und sowohl eine mikrostrukturelle (Gefüge) als auch mikromechanische (Kenndaten / Mechanismen) Untersuchung von Versuchsproben erlauben. Damit lassen sich der Entstehungsort und die zeitliche Abfolge der Schädigungsvorgänge unmittelbar bestimmen. Die Schwerpunkte der experimentellen Arbeiten dieses Teilprojekts basieren deshalb auf der Kombination von ex- und in-situ-Untersuchungen, um sowohl statistische Relevanz als auch eine zuverlässige, mechanismenbasierte Analyse zu gewinnen. Die Implementierung und Weiterentwicklung von in-situ-Verformungs- und Heizapparaturen zur Verfolgung von Mikrostrukturänderungen im Rasterelektronenmikroskop unter thermischer und mechanischer Belastung (ein- und biaxial) stellt einen wichtigen Baustein des Arbeitsprogramms dar. Diese Methodik soll die Interpretation der Ergebnisse stützen und neue Erkenntnisse liefern, welche in der Regel in der reinen Post-mortem-Betrachtung verborgen bleiben, durch indirekte Rückschlüsse analysiert werden müssen oder nur durch aufwendige, mehrfach unterbrochene Versuchsführung erschlossen werden können, wie beispielsweise die Interaktion mehrerer Defektarten bei unterschiedlichen Dehnungen und mikrostrukturellen Bedingungen.

In der zweiten Förderperiode wird die systematische Mikrostrukturcharakterisierung in kontrollierten Spannungszuständen auf Basis der bei Raumtemperatur gewonnenen Erkenntnisse auf die dann hinzutretende Warmumformung erweitert werden, um die der Schädigungsentwicklung zugrunde liegenden Verformungsmechanismen der Einzelphasen und internen Grenzflächen im Zusammenspiel mit Umwandlungsprozessen über einen breiten Temperaturbereich bis zur Warmumformung zu verstehen und damit den Grundstein für gezielte Prozessanpassung in Zusammenarbeit mit experimentellen und theoretischen Teilprojekten des TRR 188 zu legen.

In der dritten Förderperiode soll die Übertragbarkeit der in den ersten und zweiten Förderperioden gewonnenen Erkenntnisse und erarbeiteten Methoden auf ein erweitertes Werkstoffspektrum überprüft werden.

Projektleitung
Prof. Dr. Sandra Korte-Kerzel
Institut für Metallkunde und Metallphysik der RWTH Aachen

Dr.-Ing. Talal Al-Samman
Institut für Metallkunde und Metallphysik der RWTH Aachen

Projektbearbeitung
Carl Kusche M.Sc.
Institut für Metallkunde und Metallphysik der RWTH Aachen