Mechanismengetriebenes Feinschneiden von Hochmanganstahl zur zielorientierten Einstellung der Werkstoff- und Schnittteileigenschaften (Fine blanking induced plasticity)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Bergs; Professor Dr.-Ing. Ulrich Krupp
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548386476

Hochmanganstähle (HMnS) zeichnen sich beim Feinschneiden infolge der auftretenden Verformungsmechanismen TWinning Induced Plasticity (TWIP) und TRansformation Induced Plasticity (TRIP) durch eine hohe Verfestigung der Schnittflächenrandzone aus. Die von den Verformungsmechanismen getriebene hohe Verfestigung bietet Potential für gesteigerte Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeiten bei tribologisch beanspruchten Feinschnittflächen. Die Aktivierung diverser Verformungsmechanismen beim Feinschneiden von HMnS und ihre Wechselwirkungen infolge der in der Scherzone wirkenden Größen führen zu einer Beeinflussung der Schnittflächenverfestigung sowie -qualität. Diese Wechselwirkungen werden zudem durch das Legierungsdesign bzw. die Stapelfehlerenergie (SFE) von HMnS beeinflusst. Die Wechselwirkungen zwischen HMnS-Legierungsdesign, Feinschneidprozess sowie Verformungsmechanismen und deren Einfluss auf die Werkstoff- und Schnittteileigenschaften sind bislang unerforscht. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist eine wissensbasierte Erklärung der Ursache-Wirkung-Zusammenhänge zwischen dem Legierungsdesign von HMnS und dem Prozessdesign beim Feinschneiden sowie deren Auswirkungen auf die Schnittteileigenschaften hinsichtlich verformungsmechanismenbedingter Verfestigung, Qualität und Grundfestigkeit. Dazu ist der Einfluss von der SFE sowie den Feinschneidprozessparametern auf die Aktivierung der Verformungsmechanismen in der Scherzone bezüglich des Legierungssystems Fe-Mn-C-Al-Si zu analysieren. Dies erfolgt zum einen anhand experimenteller Untersuchungen hinsichtlich des Prozessparametereinflusses auf die Schnittteileigenschaften beim Feinschneiden von TWIP-Stahl 1.7401. Parallel werden zum anderen zwei Legierungen aus dem System Fe-Mn-C-Al-Si mit abweichender SFE konzipiert, hergestellt und einer mechanisch-technologischen Analyse hinsichtlich der Werkstoffeigenschaften unterzogen. Darauf aufbauend erfolgt sowohl prozess- als auch werkstoffseitig eine Wechselwirkungsanalyse mithilfe von numerischen Simulationen auf Basis der Finite-Elemente-Methode. Durch eine Kopplung numerisch ermittelter Scherzonengrößen beim Feinschneiden mit einem numerischen Werkstoffmodell für Legierungen des Systems Fe-Mn-C-Al-Si wird eine mechanismenbasierte Verfestigungsanalyse realisiert. Das numerische Werkstoffmodell wird schließlich bezüglich des Einflusses von Mikrolegierungselementen auf die Festigkeitseigenschaften erweitert und analysiert. In einer abschließenden Synthese der Ergebnisse wird ein Erklärungsmodell für die Ursache-Wirkung-Zusammenhänge zwischen dem Legierungsdesign von HMnS, den Prozessparametern beim Feinschneiden sowie der mechanismengetriebenen Verfestigung und deren Auswirkungen auf die Schnittteil- und Werkstoffeigenschaften erarbeitet. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden aus dem System Fe-Mn-C-Al-Si Legierungen mit hoher Grundfestigkeit zur zielorientierten Aktivierung der Verformungsmechanismen beim Feinschneiden abgeleitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen