Mikrostruktursensitive Ermüdungslebensdauerbewertung unter Berücksichtigung der Umformhistorie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs; Professor Dr.-Ing. Sebastian Münstermann
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432053466

Die quantitative Ermüdungsmodellierung ist für die Sicherheitsbewertung von zyklisch beanspruchten Bauteilen von besonderer Bedeutung. Dabei ist zu beachten, dass der Widerstand gegen Materialermüdung durch die meisten industriell eingesetzten Fertigungsverfahren maßgeblich beeinflusst wird. Daher soll durch das Projekt eine Simulationsmethodik entwickelt werden, mit deren Hilfe der Einfluss der umformtechnischen Bauteilfertigung auf die Bauteillebensdauer quantitativ bewertet werden kann. Diese neue Simulationsmethode soll sowohl in als auch entgegen der Richtung der Prozesskette einsetzbar sein. In der ersten Phase des Projekts, für die hier eine Förderung beantragt wird, sollen die Betrachtung in Prozesskettenrichtung erfolgen, um den Einfluss der Prozessparameter auf die resultierenden Ermüdungseigenschaften des Bauteils simulativ abzuleiten und anschließend experimentell zu validieren. In der zukünftigen zweiten Projektphase soll hingegen die Betrachtungsrichtung invertiert werden, um maßgeschneiderte Mikrostrukturen für das Halbzeug abzuleiten, die zu einer gewünschten Leistungsfähigkeit des Bauteils führen.Dem Antrag liegt die Hypothese zugrunde, dass sich die Leistungsfähigkeit eines zyklisch beanspruchten Bauteils unmittelbar aus der Konfiguration der Mikrostruktur durch mikrostruktursensitive Ermüdungsmodellierung quantitativ herleiten lässt. Dementsprechend entsteht durch die Modellierung der Gefügeentwicklung während der umformtechnischen Bauteilherstellung unmittelbar die Option, auch zu jedem Schritt entlang der Prozesskette die Ermüdungseigenschaften rechnerisch abzuleiten. Die hierzu benötigten Modelle werden im Rahmen des Projekts weiterentwickelt und auf die betrachtete Demonstratorprozesskette (bestehend aus Vollvorwärtsfließpressen und Festwalzen) abgestimmt.Im Projekt führt das WZL wissenschaftliche Untersuchungen mit dem Ziel durch, die Zusammenhänge zwischen den Parametern der Fertigungsprozesse und der durch die Fertigung evolvierten Mikrostruktur zu beschreiben. Hierzu erfolgen experimentelle und makroskopische, numerische Prozesskettenbetrachtungen sowie experimentelle mikroanalytische Untersuchungen zur quantitativen Beschreibung der Werkstoffmikrostruktur. Die dabei entstehenden Erkenntnisse finden unmittelbar Verwendung als Randbedingungen für die mikrostruktursensitive Ermüdungsmodellierung des IEHK sowie zur Validierung der mikromechanischen Simulationen. Ebenfalls seitens des IEHK erfolgt die Validierung der numerisch abgeleiteten Ermüdungseigenschaften. Auf Basis dieser im Detail aufeinander abgestimmten Vorgehensweise ergibt sich die Möglichkeit, den Einfluss der umformtechnischen Bauteilfertigung auf die Bauteillebensdauer quantitativ zu bewerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen