Wirkmechanismen bei der Spanbildung der intermetallischen Legierung Fe3Al-Cr
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das durchgeführte Vorhaben beschäftigte sich mit der systematischen Untersuchung der Spanbildungsmechanismen bei der Eisen-Aluminium-Legierung Fe26Al4Cr(at.%). Die Zielsetzung war, die thermomechanischen Wirkzusammenhänge bei der Spanbildung von mono- und polykristallinen Werkstoffstrukturen zu verstehen und zu beschreiben. Hierzu wurde zunächst eine Simultan-Messmethode für Temperaturen, Verformungen und Prozesskräfte während der Spanbildung entwickelt. Weiterhin wurde diese Methode für die Charakterisierung der Spanbildung innerhalb eines Werkstoffkorns genutzt, um den Einfluss der Kornorientierung beziehungsweise den Einfluss der Gitterebenen auf den Spanbildungsmechanismus zu erarbeiten. Aufgrund der Symmetrie des DO3-Mischkristalls mit kubisch raumzentriertem Gitter konnte eine Übertragbarkeit vom Hobeln auf das Orthogonaldrehen festgestellt werden. Dies beinhaltet die gleiche Spanbildungsart bei gleichem Schnitt- und Passivkraftniveau. Einzig die Temperaturen auf der Spanunterseite liegen beim Drehen um bis zu 100°C höher, was durch tribologische Einflüsse durch die längere Schnittzeit entsteht. Jedoch hat die Temperatur bei den untersuchten Stellgrößen keinen Einfluss auf die Spanbildungsart. Ein weiteres Indiz dafür ist, dass die Temperaturen auf der Spanunterseite über die Variation der Stellgrößen bis um den Faktor 3 kaum wesentliche Veränderungen zeigen, sich jedoch die Spanbildungsarten mit den jeweiligen Gitterebenen ändern. Der Scherwinkel wird durch die Kristallorientierung dominiert. Die Polykristalle spiegeln diesen Effekt wieder, da sich die Scherwinkel mit der Kornorientierung ändern. Die jeweilige Spanbildungsart wird dann durch die komplanar zur Kornoberfläche liegende Gitterebene eingestellt. Die Prozesskräfte steigen beim Hobeln mit größerer Korngroße bei Schnittgeschwindigkeiten vc = 60 m/min deutlich an, was in erster Linie auf die kurzen Schnittzeiten und die zum Drehen vergleichsweise niedrigeren Temperaturen zurückzuführen ist. Dies wird durch Anrisse auf der Werkstückoberfläche bestätigt. Durch die HG- Aufnahmen war es bei den Polykristallen möglich, die sich ständig verändernde Spanbildung mit den Korngrößen und der geometrischen Verformung zu korrelieren. Neben der Kraft- und Temperaturdynamik findet auch eine stetige Änderung der Scher- und Verformungswinkel statt, die letztlich das Spangefüge erzeugen. Des Weiteren konnte auf der Basis von monokristallinen Kraftwerten erstmals durch einen Algorithmus der dynamische Kraftverlauf für stochastisch verteilte Körner über Kraftmittelwerte modelliert werden, sodass eine realitätsnahe Abbildung für unterschiedliche Korngrößen in polykristallinem Eisen-Aluminium möglich ist. Weiterhin liefert die Modellierung den Nachweis, dass die Kraftdynamik auf die durch Kornorientierung bzw. Gitterebenen erzeugten Kräfte zurückzuführen ist.
