Experimentelle und numerische Untersuchungen zur morphologischen Entwicklung von nicht-metallischen Einschlüssen in der Stahlmatrix während der Warmmassivumformung

Massivumgeformte Komponenten stellen aufgrund ihrer herausragenden Werkstoffeigenschaften in vielen Anwendungsbereichen häufig die Schlüsselbauteile zur Kraft- und Momentübertragung dar. Fertigungsbedingt weisen sämtliche gesenkgeschmiedete Stahlbauteile im Bereich der Gesenkteilungsebene eine Schwachstelle auf. Ursache hierfür sind verformte nichtmetallische Mangansulfid (MnS)-Einschlüsse, die sich in manganhaltigen Stählen bilden. Die Geometrie der Einschlüsse wird durch die vorrangegangenen Umformprozesse beeinflusst. Im Bereich parallel zur Gesenkteilungsebene bilden sich dabei extrem abgeflachte MnS-Einschlüsse aus, die aufgrund ihrer Form als innere Kerbe wirken und sich negativ insbesondere bei zyklischer Beanspruchung auswirken. Um ein grundlegendes Wissen über das Umformverhalten von MnS zu erwerben, sollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens zunächst umfangreiche Charakterisierungsversuche zum Umformverhalten vom MnS als auch der Stahlmatrix durchgeführt werden. Durch Modellversuche sollen die MnS-Einschlüsse gezielt umgeformt und mithilfe der gewonnen Materialdaten auch numerisch abgebildet werden. Bei der Simulation auf der Mikroebene kommen repräsentative Volumenelemente (RVE) zum Einsatz. Die Ergebnisse der Mns-Verformung werden anschließend durch eine Kopplung auf die Makroebene übertragen. Im letzten Schritt soll eine User-Subroutine für die Makrosimulation entwickelt werden, die ohne Kopplung mit RVE die Morphologie von MnS abbildet. Das so aufgestellte Modell soll abschließend mithilfe von zu schmiedenden Demonstratorbauteilen validiert werden. Der Abgleich erfolgt anhand metallographischer Untersuchungen sowie REM-Aufnahmen. Um zu analysieren, inwieweit sich die Abflachung der MnS-Einschlüsse durch Variation der Prozessparameter Umformtemperatur und Werkzeugkinematik beeinflussen lässt, werden zudem numerische Sensitivitätsstudien durchgeführt.