Modellierung des Einflusses des thermo-mechanischen Belastungskollektivs auf das Randzonengefüge bei der Zerspanung von TiAl6V4

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538254789

Die in der Luftfahrtindustrie eingesetzten rotierenden Komponenten eines Triebwerks sind hochsicherheitskritische Bauteile. Ein technischer Defekt dieser Komponenten kann im schlimmsten Fall zum Verlust von Menschenleben führen. Die Funktionalität und das Einsatzverhalten dieser Bauteile wird maßgeblich durch die Eigenschaften der Bauteilrandzone bestimmt, welche durch das abschließende Fertigungsverfahren festgelegt wird. Der Zerspanprozess, als finaler Prozessschritt in der Fertigungskette, hat somit einen erheblichen Einfluss auf die Bauteileigenschaften. Eine wichtige Größe zur Charakterisierung der Oberflächenrandzone ist die Korngröße. Die Korngröße wird dabei durch das vom Fertigungsprozess induzierte thermo-mechanische Lastkollektiv verändert. Die dabei zugrundeliegenden Ursachen und Mechanismen sind weitestgehend unbekannt, weshalb existierende Modelle zur Beschreibung der Korngrößenveränderung nur unzureichende Vorhersagegenauigkeit haben. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll eine modellhafte Beschreibung von zerspanungsinduzierten Korngrößenveränderungen für die Titanlegierung TiAl6V4 entwickelt werden. Hierzu wird ein thermodynamischer Ansatz genutzt, dessen Beschreibung über komplementäre Untersuchungsmethoden abgeleitet wird. Dabei werden zum einen empirische Zerspanuntersuchungen und deren metallografische Auswertungen und zum anderen Spanbildungssimulationen genutzt. Die auf Basis empirischer Versuche gemessenen Auswirkungen des Zerspanprozesses auf die Korngröße in der Bauteilrandzone werden hierzu mit dem aus Spanbildungssimulationen berechneten lokalen Lasten in Bezug gesetzt. Zudem werden auf analytischer Ebene Beschreibungsmodelle genutzt, durch die materialspezifische Eigenschaften berücksichtigt werden können. Durch die modellhafte Beschreibung und die Integration dieser in eine FEM-Spanbildungssimulation soll der fertigungstechnische Bedarf einer durchgängigen Beschreibung der Entstehungsmechanismen von Korngrößenveränderungen bei der Zerspanung im Sinne einer simulationsgestützten Prozessauslegung bedient werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen