Mit dem übergeordneten Ziel, die Leistungsfähigkeit von warmumgeformten Bauteilen durch Schädigungskontrolle zu steigern, wird im Teilprojekt A07 der Fokus auf die Auswirkung thermisch aktivierter Erholungsphänomene auf die Schädigungsentwicklung gesetzt. Betrachtet werden vor allem die dynamische (DRX) und statische Rekristallisation (SRX), welche mikrostrukturelle Veränderungen hervorrufen und die Evolution von Mikroporen beeinflussen. Das in der zweiten Förderperiode neu gestartete Teilprojekt befasst sich mit dem Warmumformprozess des Gesenkschmiedens, welcher in mehreren Stufen etwa die Herstellung von Zahnrädern ermöglicht und signifikanter DRX und SRX ausgesetzt ist. Dieser Prozess bietet die Möglichkeit, die vorliegende DRX und SRX bspw. durch die Prozessparameter Pressgeschwindigkeit und Pausenzeit gezielt zu steuern, woraus hohes Potenzial zur Schädigungskontrolle resultiert. Im Zuge des Projekts soll eine Methode zur Herstellung von Bauteilen mit homogener, möglichst feinkörniger Mikrostruktur sowie gleichzeitig minimierter Schädigung entwickelt werden, mit der verbesserte mechanischen Eigenschaften und eine erhöhte Leistungsfähigkeit einhergeht.
Als Ausgangspunkt der schädigungskontrollierten Prozessauslegung wird zunächst ein Referenzprozess für Umformung einer zylindrischen Vorform über eine Zwischenstufe hin zu einem axialsymmetrischen Zahnradvorkörper betrachtet. Zur Realisierung dieses Ziels ist eine möglichst präzise, modellbasierte Vorhersage der Mikrostruktur- sowie Schädigungsentwicklung für den eingesetzten Werkstoff 16MnCrS5 erforderlich. Zur Mikrostrukturvorhersage wird dabei ein semi-empirisches Modell eingesetzt. Für die Vorhersage der Schädigungsentwicklung wird dagegen auf ein Schädigungsmodell des in der 1. Förderperiode abgeschlossenen Teilprojekts C03 verwendet. Dieses Modell bildet bereits den Einfluss der DRX ab und wird in der zweiten Förderperiode um den Einfluss der SRX erweitert. Zur Quantifizierung des Einflusses der untersuchten Prozessparameter sowie zur Modellentwicklung und –validierung werden experimentelle Ansätze konzipiert. Unter anderem kommen hierzu inhomogene Stauchversuche mit großen Stauchkörpern zur Untersuchung des Einflusses der Pressgeschwindigkeit sowie mehrstufige Stauchversuche zur Quantifizierung der während der Pausenzeiten auftretenden SRX zum Einsatz.
Zur weitgehenden Schädigungskontrolle beim Gesenkschmieden wird bei der Prozessauslegung neben der Einflussgrößen Pressengeschwindigkeit und Pausenzeit auch die Zwischenstufengeometrie in Betracht gezogen, um Lastpfad hinsichtlich niedriger Schädigungsentwicklung gezielt einzustellen. In Zusammenarbeit mit Teilprojekt C05 wird durch den Einsatz eines Optimierungsalgorithmus eine optimierte Zwischenstufengeometrie identifiziert, bei der die Schädigung als Zielfunktion und die Mikrostrukturmerkmale Korngröße und Korngrößenverteilung als Nebenbedingung eingesetzt werden. Der so ausgelegte Prozess, wird anschließend auf der Schmiedepresse des Instituts für Bildsame Formgebung (IBF) erprobt und anhand von Schädigungs- und Mikrostrukturcharakterisierung bewertet. Um eine umfassende Charakterisierung zu ermöglichen, werden neben Lichtmikroskopie in Kooperation mit Teilprojekt B04 und B02 REM und EBSD sowie in Kooperation mit Teilprojekt A05 Dichtemessungen eingesetzt.
Projektleitung
Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hirt
Institut für Bildsame Formgebung (IBF) an der RWTH Aachen
Projektbearbeitung
Shuhan Wang M. Sc.
Institut für Bildsame Formgebung (IBF) an der RWTH Aachen
