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TRR 188:  Schädigungskontrollierte Umformprozesse

Fachliche Zuordnung Maschinenbau und Produktionstechnik
Bauwesen und Architektur
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Förderung Förderung seit 2017
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278868966
 
Umformverfahren ermöglichen kosten- und ressourceneffiziente Bauteile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Konventionelle Auslegungen berücksichtigen jedoch keine duktile Schädigung. Die übergreifenden Ziele des TRR sind daher die Identifizierung der Schädigung in umgeformten Bauteilen, die Kontrolle jener Schädigung während der Umformung und die Vorhersage ihrer Auswirkungen auf die Leistung im Betrieb. Der Übergang von der Umformbarkeit zur Nutzbarkeit stellt dabei einen Paradigmenwechsel dar. Die integralen Säulen des TRR sind drei Forschungsbereiche: Prozesstechnologie (A), Charakterisierung (B) und Modellierung (C). Neue Methoden aus B ermöglichen die Bewertung von Komponenten aus A, mit der Parameteridentifikation und Modellentwicklung aus C. Drei Transferprojekte wurden gestartet und weitere sind in Vorbereitung, was die industrielle Relevanz betont. In den ersten beiden Förderperioden wurde gezeigt, dass die Schädigung in Blech- und Massivumformprozessen kontrolliert werden kann. Durch das Verständnis der mikroskopischen Mechanismen kann die lokale Schädigungsentwicklung in Abhängigkeit von Prozessparametern mittels Modellierung und Simulation vorhergesagt werden. Signifikante Leistungsverbesserungen wurden vor allem durch die Anpassung des Lastpfads Richtung negativer Spannungstriaxialitäten und durch Einbeziehung des deviatorischen Einflusses erreicht. Auch thermische Mechanismen wirken sich auf die Schädigung aus, sowohl bei der Warmumformung als auch bei nachfolgender Wärmebehandlung in der Kaltumformung. Für DP800 wurde ein schädigungstolerantes Gefüge für Halbzeuge identifiziert. In der kommenden 3. Förderperiode soll der Paradigmenwechsel vollendet werden. Neue Phänomene (z.B. Porenschluss und -ausheilung, zyklische Belastung, Phasenumwandlungen) werden behandelt; die Komplexität der Prozesse wird gesteigert (bisher: Walzen, Fließpressen, Biegen, Tiefziehen) durch inkrementelle Umformung, Innenhochdruckumformung und erhöhte Temperaturen. Das Presshärten von 22MnB5-Stahl bleibt im Fokus, ein Edelstahl ohne Wärmenachbehandlung wird warmumgeformt. Das Werkstoffspektrum wird auf Aluminium (6010, 6082) erweitert, da in diesen Leichtbaulegierungen andere Schädigungsmechanismen erwartet werden. Neben den kommerziellen Werkstoffen stehen weiterhin eigene Stähle mit schädigungsresistenten Gefügen im Vordergrund. Neue Schädigungsmodelle, welche die Porengestalt, -ausheilung und Wärmebehandlung einbeziehen, werden zusammen mit einer verbesserten datenbasierten Vorhersage und Parameteridentifizierung entwickelt. Schließlich wird das Wissen über die Schädigung für die Auslegung genutzt, veranschaulicht durch Demonstratoren. Die Kopplung von umforminduzierten und betriebsbedingten Schädigungen (z.B. Impact, Ermüdung) wird explizit berücksichtigt. Wichtig ist zudem eine systematische Analyse von Unsicherheiten entlang der gesamten Prozesskette. Schließlich ist eine ressourceneffizientere Gestaltung von Leichtbaukomponenten möglich.
DFG-Verfahren Transregios

Laufende Projekte

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Technische Universität Dortmund, seit 1/2025
Unternehmen Karlsruher Institut für Technologie, seit 1/2025
Sprecher Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt, von 1/2021 bis 6/2023; Professor Yannis Korkolis, Ph.D., seit 1/2025; Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya, von 7/2023 bis 12/2024
 
 

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