Thermodynamische Prüfmaschine
Final Report Abstract
Die thermomechanische Prüfmaschine wurde zur Charakterisierung des thermomechanischen Verhaltens von Werkstoffen eingesetzt. Die ermittelten Daten wurden zur numerischen Analyse von Umformprozessen verwendet. Neben der hochpräzisen Temperatursteuerung war vor allem die genaue Abbildung verschiedener Aufheiz- und Abschreckzyklen von entscheidendem Vorteil. Aufgrund dessen wurde die Anlage in den folgenden Projekten genutzt. Im Projekt „Flexible additive Fertigung anwendungsangepasster metallischer Baugruppen mit Blechgrundkörper“ (SFB 814) wurden Warmzugversuche zur Charakterisierung von Ti-6Al-4V im Temperaturbereich zwischen 250°C und 400°C durchgeführt. Ziel des Projekts ist die additive Aufbringung von Funktionselementen auf Blechgrundkörpern der charakterisierten Titanlegierung. Aufgrund der hohen Zugfestigkeiten des Werkstoffs erwies sich die maximale Nennlast von 98 kN der Anlage als erforderlich. Bei zwei weiteren Projekten im Bereich Presshärten wurde die thermomechanische Prüfmaschine ebenfalls verwendet. Im Rahmen des BFS ForNextGen Projekts wurde die Martensitstarttemperatur von mit WP7V legierten und unlegierten Proben ermittelt. Beim zweiten Forschungsprojekt im Bereich Presshärten, mit dem Titel „Charakterisierung und Beschreibung der Reibverhältnisse beim Presshärten und partiellen Presshärten von höchstfesten Vergütungsstählen“ (FOSTA P871) wurde die thermomechanische Prüfmaschine zur Aufnahme von Fließkurven von mit AlSi und Zn beschichtetem 22MnB5 verwendet. Neben einer präzisen Temperaturführung beim Abbilden spezieller Wärmebehandlungszyklen konnten mit Hilfe der Anlage die für das Presshärten wichtigen Halbzeugtemperaturen von rund 900 °C und Abschreckgeschwindigkeiten von mindestens 27 K/s realisiert werden. Weiterhin konnten aufgrund der maximalen Abzugsgeschwindigkeiten von bis zu 1000 mm/s Fließkurven bei hohen Dehnraten ermittelt werden. Dank der präzisen Temperaturführung konnte im Projekt EFB 08/12 „Verbesserung der zeitlichen Auswertemethoden von Versuchen zur Ermittlung der Grenzformänderung und Ableitung eines virtuellen Ersatzmodells“ mit Hilfe von Warmzugversuchen die Temperaturabhängigkeit während der Umformung bestimmt werden. Beim Teilprojekt „Entwicklung der Grundlagen und des Simulationsmodells“ des Verbundprojekts „UltraCaulk“ werden die zugrunde liegenden Mechanismen des ultraschallunterstützten Umformens und Verstemmens hochfester Stähle untersucht. Beim ultraschallunterstützten Stauchen kommt es durch verschiedene Einflussfaktoren, wie beispielsweise Probenerwärmung, zu einer Absenkung der benötigten Prozesskraft, verglichen mit der konventionellen Prozessführung. Durch die exakte Temperaturführung der thermomechanischen Prüfmaschine beim genauen Abbilden von Temperaturprofilen konnte somit der thermische Anteil der Kraftreduzierung ermittelt werden. Im Rahmen des Projekts AiF 18945 „Fertigung hochfester Aluminiumbauteile durch Umformen unter Abschreckbedingungen“ wurde die Anlage zur Bestimmung des thermomechanischen Verhaltens verschiedener Aluminiumlegierungen verwendet. Aufgrund der Möglichkeit, die für Ausscheidungshärtung erforderlichen Abschreckraten von bis zu 100 K/s zu realisieren, konnten die aus der Temperaturhistorie resultierenden mechanischen Eigenschaften ermittelt werden. Im Projekt wtt-12042 „Erarbeitung einer Methodik zur simulationsgestützten Aufnahme von Werkstoffkennwerten für die Umform- und Wärmebehandlungssimulation von Stahlwerkstoffen“ wurden mit Hilfe der thermomechanischen Prüfmaschine Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubilder durchhärtender Wälzlagerstähle ermittelt. Dank der präzisen Temperatursteuerung konnten im Rahmen von Dilatometerversuchen genaue Aussagen über das Umwandlungsverhalten der geprüften Stähle getroffen werden.
Publications
- Evaluation von Modellen zur Beschreibung der Umwandlungsplastizität durch experimentelle Untersuchungen an einem Wälzlagerstahl. Merklein, M. (Hrsg.): 9. Erlanger Workshop Warmblechumformung, Meisenbach, 2014, S. 77-88
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