Mikro- und Makroskopische Untersuchung der Anelastizität von Stahl im Hinblick auf die Rückfederungsvorhersage

• Antragsteller: Dr. Michael Hofmann; Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429432653

Die elastische Rückfederung stellt mit dem Einsatz von hoch- und höchstfesten Stählen, z. B. unter dem Gesichtspunkt Leichtbau, in der Umformtechnik eine Problemstellung hinsichtlich der Maßhaltigkeit dar. Obwohl eine Vielzahl von Studien sich bereits mit diesem Phänomen beschäftigt hat, existiert bislang keine gesamtheitliche Betrachtung der makroskopischen und mikroskopischen Mechanismen und Beschreibung deren Korrelation. Der anelastische oder auch plastisch reversible Anteil der elastischen Entlastung, wird auf unterschiedliche Arten auf atomarer Ebene begründet. Phasenumwandlungen, Fehler im Versuchsaufbau, das Querkontraktionsverhalten oder das Wandern von Versetzungen sind aktuelle Erklärungsansätze für das beobachtete nichtlineare Verhalten. Die Begründungen argumentieren jedoch mit Versuchen durchgeführt auf makroskopischer Ebene und geben keinen Nachweis der mikroskopischen Erklärungen. Mikroskopische Untersuchungen konnten zeigen, dass auf atomarer Ebene Effekte auftreten, die sich vom makroskopischen Verhalten unterscheiden. Eine Kopplung mikroskopischer Kenngrößen wie lokalen Versetzungsdichten, Phasenumwandlungen und Mikrodehnungen mit makroskopischen Spannungs- und Dehnungsgrößen in Hinblick auf das elastische Verhalten metallischer Werkstoffe fehlt jedoch bisher und soll daher in diesem Forschungsvorhaben durchgeführt werden.Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, das elastische und anelastische Verhalten bei Belastung und Entlastung der Werkstoffe IF220 und DP1000, unter Berücksichtigung der Walzrichtung sowie der Vorverformung zu analysieren, um ein umfassendes und physikalisch konsistentes Modell zur Beschreibung der Rückfederung umgeformter Blechbauteile aufzubauen, zu validieren und verifizieren. Einfache und zyklische Zugversuche werden hierzu durchgeführt und einerseits mikroskopisch mittels in-situ Neutronendiffaktometrie und andererseits makroskopisch durch optische und taktile Dehnungsmessung aufgezeichnet und ausgewertet. Im Rahmen der mikroskopischen Untersuchungen werden neben den Gitterdehnungen die Veränderung der Versetzungsdichte und die Texturentwicklung, in Form von Polfiguren analysiert. Diese mikroskopischen Kenngrößen bilden die Basis einer physikalisch konsistenten Beschreibung der Vorgänge, die durch parallele, synchrone Messung der makroskopischen Deformation und des globalen Lastzustandes mit dem makroskopischen Werkstoffverhalten korreliert werden können. Ausgehend von den Wechselwirkungen unter Einbeziehung der Vorverformung und Walzrichtung wird ein Be- und Entlastungsmodell abgeleitet. Abschließend soll das erarbeitete Modell in eine Simulationsumgebung integriert und anhand eines Realversuchs validiert sowie verifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen