Die Kenntnis des Formgebungsvermögens eines Werkstoffs ist im Rahmen der Herstellung umgeformter Bauteile essentiell, um deren Machbarkeit in der Konzeptionierungsphase zu bewerten. Oftmals stellt das Kantenumformpotenzial den begrenzenden Faktor für Umformprozesse bei hoch- bis höchstfesten Stählen dar. Zur Erarbeitung einer Vorgehensweise zur verbesserten Prognose des Versagens infolge von Kantenrissen in der Umformsimulation wurden 26 vorwiegend mehrphasige Stähle mit Zugfestigkeiten oberhalb von 600 MPa und Blechdicken von 1,0 mm bis 1,8 mm auf makroskopischer und mikroskopischer Ebene untersucht.
Auf Basis von Hole Expansion Tests (HET) bzw. Lochaufweitungsversuchen nach ISO 16630 wurde eine neuartige Vorgehensweise für eine erste Versagensprognose auf Grundlage der mechanischen Kennwerten entwickelt, die gezielt Festigkeitsdifferenzen in mehrphasigen Stählen adressiert und vorhandene Ansätze übertrifft. Via Finite-Elemente-Berechnungen mittels RVE (Repräsentative Volumenelemente) wurde anknüpfend der Einfluss von Festigkeitsdifferenzen innerhalb von mehrphasigen Stählen anhand zweier Dualphasenstähle mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften und unterschiedlichen Kantenumformbarkeiten nachgewiesen und eine Möglichkeit zur Versagensabschätzung auf mikrostruktureller Ebene vorgestellt.
Mittels Variationen der HET und ihrer numerischen Abbildung wurden sog. Formänderungsgradienten eingeführt, die eine quantitative Klassifizierung der Umformbeanspruchung an der Blechkante hinsichtlich ihrer räumlichen Ausdehnung in eine lokale bzw. globale ermöglichen. Auf deren Grundlage wurde ein Vorgehen für eine adäquatere Prognose von Versagen infolge von Kantenrissen bei mehrphasigen Stählen über gradientenabhängige, kritische Formänderungen im Rahmen des Post-Processings vorgestellt.
Aktualisiert: 2023-05-15
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In Windenergieanlagen ist eine Vielzahl gegossener Strukturbauteile verbaut. Hohe Innovationspotentiale folgen einerseits aus dem Einsatz neuer Werkstoffe und andererseits aus der Nutzung von Festigkeitsgradienten im Bauteil, die aus der Mikrostruktur des Werkstoffes resultieren. Die vorliegende Arbeit untersucht deshalb den Einfluss der Graphitmorphologie auf die Langzeitfestigkeit von hochsiliziumlegiertem Gusseisen mit Kugelgraphit (Si-GJS). Die Werkstoffe EN-GJS-500-14 und EN-GJS-600-10 werden in Wöhlerversuchen charakterisiert. Im Ergebnis reduziert sich die gemessene Langzeitfestigkeit mit abnehmender Nodularität. Die dafür verantwortlichen Rissinitiierungsmechanismen werden hochauflösend untersucht. Demnach steht die Art der Rissinitiierung in direktem Zusammenhang mit der Graphitmorphologie. Die experimentell ermittelten Erkenntnisse fließen in den Aufbau eines Finite-Elemente-Modells ein, das direkt aus Schliffbildern von Si-GJS aufgebaut wird, indem die Geometrie des ausgeschiedenen Graphits mit B-Splines approximiert wird. Die Langzeitfestigkeit wird dann mit einer Einspielanalyse vorhergesagt. Die Modellparameter werden anhand von in-situ Zugversuchen kalibriert. Simulationsstudien an synthetisch erzeugten Gefügen zeigen, dass mit der so genannten Nodularität bereits ein geeigneter qualitativer Parameter zur Bewertung des Einflusses der Graphitmorphologie auf die Langzeitfestigkeit zur Verfügung steht. Darüber hinaus werden Einspielanalysen mit experimentell gemessenen Langzeitfestigkeiten von Si-GJS verglichen. Die Resultate sind in guter Übereinstimmung. Durch die vereinfachte Modellierung auf der Basis metallographischer Schliffe lässt sich ein industrieller Nutzen für Bauteilauslegung, Qualitätssicherung und Vorhersage der Langzeitfestigkeit ableiten.
Aktualisiert: 2022-06-27
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Die Kenntnis des Formgebungsvermögens eines Werkstoffs ist im Rahmen der Herstellung umgeformter Bauteile essentiell, um deren Machbarkeit in der Konzeptionierungsphase zu bewerten. Oftmals stellt das Kantenumformpotenzial den begrenzenden Faktor für Umformprozesse bei hoch- bis höchstfesten Stählen dar. Zur Erarbeitung einer Vorgehensweise zur verbesserten Prognose des Versagens infolge von Kantenrissen in der Umformsimulation wurden 26 vorwiegend mehrphasige Stähle mit Zugfestigkeiten oberhalb von 600 MPa und Blechdicken von 1,0 mm bis 1,8 mm auf makroskopischer und mikroskopischer Ebene untersucht.
Auf Basis von Hole Expansion Tests (HET) bzw. Lochaufweitungsversuchen nach ISO 16630 wurde eine neuartige Vorgehensweise für eine erste Versagensprognose auf Grundlage der mechanischen Kennwerten entwickelt, die gezielt Festigkeitsdifferenzen in mehrphasigen Stählen adressiert und vorhandene Ansätze übertrifft. Via Finite-Elemente-Berechnungen mittels RVE (Repräsentative Volumenelemente) wurde anknüpfend der Einfluss von Festigkeitsdifferenzen innerhalb von mehrphasigen Stählen anhand zweier Dualphasenstähle mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften und unterschiedlichen Kantenumformbarkeiten nachgewiesen und eine Möglichkeit zur Versagensabschätzung auf mikrostruktureller Ebene vorgestellt.
Mittels Variationen der HET und ihrer numerischen Abbildung wurden sog. Formänderungsgradienten eingeführt, die eine quantitative Klassifizierung der Umformbeanspruchung an der Blechkante hinsichtlich ihrer räumlichen Ausdehnung in eine lokale bzw. globale ermöglichen. Auf deren Grundlage wurde ein Vorgehen für eine adäquatere Prognose von Versagen infolge von Kantenrissen bei mehrphasigen Stählen über gradientenabhängige, kritische Formänderungen im Rahmen des Post-Processings vorgestellt.
Aktualisiert: 2023-04-17
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