Experimentelle Ermittlung des Versagensverhaltens

In der Prozessauslegungsphase ist die Kenntnis über Umformgrenzen und Schädigungsentwicklungen im Material von großer Bedeutung. Am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen bestehen unterschiedliche Möglichkeiten zur numerischen Vorhersage des Materialversagens im Umformprozess.

Die Durchführung von mechanischen und thermomechanischen Versuchen zur Aufnahme, Auswertung und Erstellung von Grenzformänderungsdiagrammen (FLC: Formit Limit Curve) für isotherme Umformtemperaturen ist möglich. Die Versuchsdurchführung und -auswertung erfolgt gemäß DIN EN ISO 12004-2:2009-02. Dabei können Stempelgeometrien nach Nakajima und Marciniak eingesetzt werden. Außer konventioneller Grenzformänderungsdiagramme ist die Parametrisierung spannungsbasierter Schädigungsmodelle anhand geeigneter Versuche möglich. Hierfür können beispielweise Scherzugversuche mit einer eigens am IFUM entwickelten Schmetterlingsprobengeometrie durchgeführt werden. Aufgrund einer variablen Versuchsvorrichtung können Spannungsbereiche von Scherung bis uniaxialem Zug untersucht werden. Für eine hohe Messgenauigkeit und zur Visualisierung der Materialprüfungen werden die Versuche mit optischer Dehnungsmessung (Aramis der Fa. GOM GmbH) durchgeführt.

 

 

Veröffentlichung

Die Reduzierung der CO2-Emissionen ist heute unerlässlich, um die globalen Klimaanforderungen zu erfüllen. In diesem Zusammenhang ist eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts der effizienteste Weg, um den Kraftstoffverbrauch eines PKWs zu senken. Magnesium verbindet eine relativ hohe Festigkeit mit geringem Gewicht und ist daher ein interessanter Konstruktionswerkstoff für Leichtbaulösungen. Bei der numerischen Prozessauslegung ist es wichtig, das Umformvermögen eines Werkstoffs zu kennen. Die gängige Methode zur Beschreibung des Versagensverhaltens ist die Verwendung von Grenzformänderungskurven (FLC). Spannungsbasierte Modelle bieten den Vorteil einer Betrachtung von nicht linearen Dehnpfaden und einer Erweiterung der Versagensvorhersage im Bereich Scherung und Druck. In dieser Veröffentlichung wurde das spannungsbasierte Versagensmodell Modified Mohr-Coulomb (MMC) Modell anhand von Scherzugversuchen mit der IFUM-Schmetterlingsprobe für eine AZ31-Magnesiumblechlegierung unter Berücksichtigung erhöhter Prozesstemperaturen parametrisiert. Dazu wurden die Versuche bei unterschiedlichen Spannungszuständen und Temperaturen mit einer speziell entwickelten Prüfeinrichtung durchgeführt. Zusätzlich wurden FLC durch Nakajima-Versuche ermittelt. Schließlich wurde die Versagensvorhersage in zwei numerischen Simulationen durch beide Methoden (MMC und FLC) mit einem experimentellen Tiefziehversuch verglichen. Dieser Vergleich zeigte, dass das MMC-Modell in dem Anwendungsfall deutlich bessere Ergebnisse als die FLC hinsichtlich der Versagensvorhersage erzielte.

„ Fracture modelling of magnesium sheet alloy AZ31 for deep drawing processes at elevated temperatures”

Bernd-Arno Behrens, Hendrik Wester, Matthäus Dykiert (2020); Procedia Manufacturing, Volume 50, Seiten: 739-743