Einfluss mehrphasiger Mikrostrukturen auf die ratenabhängige Scherbandbildung in der metastabilen beta-Titanlegierung Ti-10V-2Fe-3Al

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Franz-Xaver Wagner
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438934157

Metallische Werkstoffe können bei erhöhten Verformungsgeschwindigkeiten dazu neigen, adiabatische Scherbänder auszubilden. Dabei kann ein Großteil der verformungsinduzierten Wärme nicht schnell genug abgeführt werden und der Werkstoff wird lokal thermisch entfestigt, sodass die weitere Verformung bevorzugt in einem immer enger begrenzten Bereich stattfindet. Das Entstehen (quasi-)adiabatischer Scherbänder wird dabei einerseits durch die auftretenden Beanspruchungen und andererseits durch die Eigenschaften (mechanisch, physikalisch, mikrostrukturell) des Werkstoffs selbst bestimmt. Als zentraler, aber bislang nicht umfassend verstandener Einflussfaktor muss die im Ausgangszustand vorliegende Mikrostruktur hervorgehoben werden, da sie sowohl das zunächst auftretende mechanische Verhalten als auch die während des gesamten Prozesses grundsätzlich zur Verfügung stehenden Verformungsmechanismen festlegt. Ein grundlegendes werkstoffmechanisches Verständnis der Bildung und des Wachstums adiabatischer Scherbänder setzt somit eine systematische Analyse der mikrostrukturellen Verformungsmechanismen sowie der Wechselwirkung von Scherbändern mit verschiedenen mikrostrukturellen Elementen voraus. Im hier vorgeschlagenen Forschungsvorhaben soll daher die Idee verfolgt werden, die auch technologisch relevante beta-Titanlegierung Ti-10V-2Fe-3Al als Modellsystem zu betrachten, in der durch gezielte Wärmebehandlungen signifikant unterschiedliche Ausgangsmikrostrukturen erzeugt und daran jeweils die Bildung und die verschiedenen Ausbreitungsmodi von (teilweise adiabatischen) Scherbändern bei verschiedenen Dehnraten untersucht werden können. Im Vordergrund steht dabei neben der mikrostrukturellen Charakterisierung der Scherbänder, ihrer Morphologien und lokaler mikrostruktureller Parameter in Scherband und Matrix auch die makroskopische und lokale Untersuchung des mechanischen Verhaltens, eine Betrachtung verschiedener gezielt definierter Spannungszustände sowie die Entwicklung eines empirischen Modells, das basierend auf mikrostrukturellen und mechanischen Eingangsgrößen vorhersagt, welche Scherbandmorphologie (konventionell-massiv vs. fein mikrostrukturell aufgespalten) bevorzugt gebildet wird. Das Projekt soll damit einen wesentlichen Beitrag zum besseren werkstoffwissenschaftlichen Verständnis der Zusammenhänge zwischen mikrostrukturellen Parametern, (thermo-)mechanischen Randbedingungen, mechanischem Verhalten sowie den auftretenden Scherbandmorphologien leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Philipp Frint