Mehraxiale Plastizität in texturierten Magnesiumstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Otto Huber
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438040004

Magnesiumlegierungen werden aufgrund ihrer hohen spezifischen statischen und zyklischen Festigkeiten, hohen Verfügbarkeit und wirtschaftlichen Herstellung immer wichtiger für Leichtbaustrukturen und einhergehende Material- und Energieeinsparungen. Allerdings hat die hexagonale Gitterstruktur ein komplexes Verformungsverhalten zur Folge, das noch nicht ausreichend erforscht ist.Neuere Studien zu texturierten Mg-Knetlegierungen unter statischen und zyklischen einaxialen Beanspruchungen sowie Biegebeanspruchungen zeigen, dass aufgrund der im Druckbereich auftretenden Gruppierung von Zwillingen stark lokalisierte Dehnungsfelder resultieren, die einen großen Einfluss auf das mechanische Verhalten haben. Aktuelle phänomenologische kontinuumsmechanische Stoffgesetze können diese diskontinuierlichen Dehnungsfelder nicht abbilden und es fehlen Experimente für den zweiachsigen Druckquadranten der Fließfläche aufgrund der schwierigen Versuche.Es sollen die Zusammenhänge zwischen mikrostrukturellen Deformationsmechanismen und dem makroskopischen Fließ- und Ermüdungsverhalten von texturiertem Magnesium (gießgewalztes AZ31B) unter mehraxialen Beanspruchungen durch mechanische Versuche und Mikrostrukturanalysen bestimmt werden. Dies soll das Verständnis über das mechanische Verhalten von Magnesium wesentlich steigern und es ermöglichen, sowohl aktuell in der Industrie verwendete als auch neu entwickelte Mg-Legierungen zu modellieren.Es werden ebene biaxiale quasistatische und zyklische Versuche, in situ ein- und zweiaxiale Drucktests im REM und Eindringversuche realisiert. Die Mikrostruktur wird durch TEM und EBSD hinsichtlich Initiierung, Wachstum und Verteilung von Zwillingen und deren Wechselwirkung mit anderen Defekten wie Korngrenzen und Ausscheidungen charakterisiert.Auf Basis dieser komplementären Untersuchungen wird die gesamte Fließfläche für die Mg-Knetlegierung erstellt und das Verfestigungsverhalten charakterisiert. Die Ergebnisse werden für die Entwicklung eines elastoplastischen Stoffgesetzes für FEM-Simulationen verwendet, um Spannungs- und Dehnungssfelder zu berechnen und ein Ermüdungsmodell für zyklische biaxiale Beanspruchungen zu entwickeln.Entwicklung einer neuen kreuzförmigen Probe und Druckstütze mittels FEM; in situ mechanische Versuche für das REM; biaxiale Druckversuche über eine Verformungsbehinderungsvorrichtung; nano-Eindringversuche für Mg TEM-Folien zur Analyse der Deformationsmechanismen; Entwicklung von Stoffgesetzen für das zyklische Werkstoffverhalten von Magnesium; Realisierung einer hochpräzisen Kernbohrmaschine und einer Miniaturpoliervorrichtung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Holger Saage
• Kooperationspartner: Lawrence Whitmore, Ph.D.