Innerhalb der Prozessketten der Halbzeugherstellung wird die Warmumformung genutzt, um aus dem Gießprozess stammende Poren und Lunker unter Druckspannungen zu beseitigen und das Gefüge für die Weiterverarbeitung einzustellen. Auch bei Kaliber- und Flachwalzprozessen (TP A01 und A04) treten bei bestimmten Walzspaltverhältnissen Zugspannungen auf, die die Porenbildung an nichtmetallischen Einschlüssen begünstigen. Die Dekohäsion von Matrix und Einschluss bei der Porenbildung wird von lokalen Fließvorgängen und Spannungen bestimmt. Im Gegensatz zur Kaltumformung treten bei der Warmumformung Erholungs-, Rekristallisations- und Diffusionsvorgänge auf, die lokale Spannungen abbauen können. Existierende Modelle für die Ver-/Entfestigung und die Schädigung betrachten diese Mechanismen zumeist isoliert. Nur wenige Arbeiten beschreiben den Schädigungsabbau durch Rekristallisation. Eine Modellformulierung, die den Einfluss der Erholung und Rekristallisation auf die Schädigungsentstehung beschreibt, ist nicht bekannt. Auch sind die Wechselwirkungen zwischen den Entfestigungsmechanismen und der Schädigung wissenschaftlich nicht hinreichend durchdrungen. Somit kann die Wirkung der Warmumformung auf die Schädigung nicht umfassend beschrieben werden.

Langfristiges Ziel dieses Teilprojekts ist es daher, die Wechselwirkungen zwischen Ver- /Entfestigung und Schädigung bei der Warmumformung zu verstehen und ein Modell für die gekoppelte Gefüge- und Schädigungsevolution herzuleiten. Der innovative Ansatz des Teilprojekts besteht darin, die Schädigungsentwicklung als Funktion des Auf- und Abbaus lokaler Spannungen an der Grenzfläche Matrix-Einschluss zu beschreiben. Die Wirkung der umformtechnischen Beeinflussungsmöglichkeiten der Schädigungsinitiierung, d.h. der Temperatur, der Umformgeschwindigkeit und des Spannungs- und Dehnungszustands, soll mithilfe physikalischer Simulationsmethoden und anschließender Charakterisierung der Mikrostruktur in den TP B03 und B04 untersucht werden. Begleitende Kristallplastizitäts-FEM-Simulationen auf der Mikroebene sollen dazu dienen, die Interaktion von Einschlüssen mit der Matrix zu verstehen und somit helfen, die Schädigungsentstehung physikalisch basiert zu beschreiben.

Die erste Förderperiode zielt dabei auf das Verständnis der Rolle der Ver- und Entfestigung bei der Porenentstehung an Einschlüssen während der Warmumformung und eine erste gekoppelte Modellformulierung ab. In der zweiten Förderperiode soll das Modell um weitere Schädigungsmechanismen wie die Porennukleation an Korngrenzen erweitert werden. Prozessseitig werden Zwischenglühungen und Wärmebehandlungen betrachtet. In der dritten Förderperiode ist die Übertragung auf andere Werkstoffe und die Nutzung der Modelle für die modellbasierte schädigungskontrollierte Auslegung von Warmumformprozessen vorgesehen.

Projektleitung
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Markus Bambach
Lehrstuhl Konstruktion und Fertigung (KuF), BTU Cottbus-Senftenberg

Projektbearbeitung
Muhammad Imran M.Sc.
Lehrstuhl Konstruktion und Fertigung (KuF), BTU Cottbus-Senftenberg