D04 - Formänderungshistorie

D04 - Charakterisierung farbiger Zustände durch Messung der Formänderungshistorie beim Umformen

Zugversuche gehören zu den Standardverfahren bei der Charakterisierung von Werkstoffen und liefern allgemein verbreitete und anerkannte Eigenschaften wie die Steckgrenze, die Bruchdehnung und die Kaltverfestigung. Insofern erscheint eine Übertragung dieser Charakterisierungsart auf Deskriptoren für die Untersuchung von Mikroproben sinnvoll. Eine direkte Umsetzung des Zugversuchs auf die kugelförmigen Proben des SFB ist im Hochdurchsatzverfahren aufgrund der Probengeometrie und -größe sowie der aufzubringenden Zugkräfte allerdings nicht möglich.

In diesem Vorhaben werden in die Proben jedoch Druckeigenspannungen eingebracht, die durch eine Umlenkung des Werkstoffflusses in mehrstufigen Formwerkzeugen derart verändert werden, dass transiente Bereiche entstehen, in denen näherungsweise einachsige und überwiegend homogene Zugspannungen vorherrschen. Aus den messtechnisch erfassten, resultierenden Dehnungen werden Deskriptorwerte ermittelt und in Bezug zu makroskopisch ermittelten Werkstoffeigenschaften gesetzt.

Der dafür entwickelte Versuchsstand besteht aus einer elektrohydraulischen Umformvorrichtung und einem integrierten Speckle-Fotografiesystem, welches in-situ Verformungen einzelner Probenregionen mit hoher Auflösung erfasst. Aus diesen gemessenen Dehnungen, mit Vergleichswerkstoffdaten simulierter Dehnungen und dem tatsächlichen Kraft- bzw. Energieaufwand beim jeweiligen Experiment, sollen aussagekräftige Deskriptoren gebildet werden, die im Sinne des Gesamtkonzepts des SFBs zu Prediktorfunktionen verarbeitet werden.

Als Umformverfahren für das Drücken der zum Teil sehr harten Mikroproben durch ein mehrstufiges Gesenk wird ein Verfahren mit flexiblem Stempel auf Basis des elektrohydraulischen Umformens genutzt, das in der Literatur so bislang noch nicht beschrieben wurde. Dementsprechend müssen grundlegende Versuche zum Verstehen und zur Beherrschung dieser Technologie durchgeführt werden. Insbesondere die Identifikation von verwendbaren Prozessparameterbereichen und die Beurteilung der Reproduzierbarkeit des Umformvorgangs sind essentielle Voraussetzungen für eine sichere Deskriptorbestimmung. Besonderes Augenmerk liegt auf der realisierbaren Umformschrittweite, welche so niedrig (< 100 µm) eingestellt sein muss, dass die Verzerrung der messtechnisch erfassten Probenoberfläche nicht über den niedrigen Prozentbereich hinausgeht, wodurch eine Dekorrelation der Specklebilder verhindert und die Dehnungsmessung ermöglicht wird.

Publikationen

Steinbacher M, Alexe G, Baune M, Bobrov I, Bösing I, Clausen B, Czotscher T, Riemer O, Sonnenberg H, Thomann A, Toenjes A, Vollertsen F, Wielki N, Ellendt N (2019) Descriptors for High Throughput in Structural Materials Development. High-throughput 8:2–27 https://doi.org/10.3390/ht8040022

A. Fischer: Limiting Uncertainty Relations in Laser-Based Measurements of Position and Velocity Due to Quantum Shot Noise, Entropy 2019, 21,  https://www.doi.org/10.3390/e21030264

L. Langstädtler, H. Pegel, B. Beckschwarte, M. Herrmann, C. Schenck, B. Kuhfuss: Flexible tooling for impulse forming, Procedia Manufacturing 2019, 27, 8 doi.org/10.1016/j.promfg.2018.12.055.

L. Langstädtler, H. Pegel, M. Herrmann, C. Schenck, D. Stöbener, J.F. Westerkamp, A. Fischer, B. Kuhfuss: Electrohydraulic extrusion of spherical bronze (CuSn6) micro samples, 8th International Conference on High Speed Forming, Columbus - Ohio - USA, 2018.

L. Langstädtler, H. Pegel, M. Herrmann, C. Schenck, B. Kuhfuss: Electrohydraulic incremental bulk metal forming, 5th International Conference On New Forming Technology, Bremen - Germany, 2018.