Physikalische Prozesssimulation

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Die physikalische Prozesssimulation wird am Institut für Bildsame Formgebung hauptsächlich am Umformdilatometer DIL 805 und am Torsionsplastometer STD 812 durchgeführt. Dabei werden die entsprechenden technologischen Prozesse hinsichtlich Temperatur- und Umformhistorie im Labor nachgebildet. Dazu erfolgt eine Kombination von Umformung und Wärmebehandlung, oder es werden einfache physikalische Vorgänge ausgenutzt.

Nach Abschluss der Prozesssimulation stehen verschiedene Analysemethoden für die Materialprüfung der Probenkörper zur Verfügung.

Möglichkeiten der physikalischen Prozesssimulation

  • Simulation von kombinierten Umform- und Wärmebehandlungszyklen
  • Grundversuch zum Walzplattieren
  • Bestimmung von Wärmeausdehnungskoeffizienten
 
 

Kombinierte Umform- und Wärmebehandlungszyklen

Probe während Wärmebehandlung mit anschließender Umformung Urheberrecht: © IBF Probe während Wärmebehandlung mit anschließender Umformung

In modernen Produktionsprozessen durchläuft der verwendete Werkstoff häufig eine Reihe aufeinander folgender Umform- und Wärmebehandlungsoperationen. Auf dem Umformdilatometer DIL805 können kombinierte Umform- und Wärmebehandlungszyklen realitätsnah nachgebildet werden. So lässt sich der Einfluss der Prozesshistorie auf relevante Werkstoffeigenschaften wie beispielsweise die Fließkurve, sowie Korngrößenverteilung und Phasenanteile untersuchen. Durch hoch genaue Messsysteme für Temperatur und Längenänderung der Probe, können vordefinierte Zyklen exakt abgefahren werden. Abhängig vom abzubildenden Realprozess, kann die Umformung als Zug- oder Druckbelastung realisiert werden. Die Versuche können sowohl unter Vakuum als auch unter Atmosphäre technischer Gase wie Argon oder Stickstoff durchgeführt werden.

 
 

Grundversuch Walzplattieren

Verbundprüfung von Aluminiumproben Urheberrecht: © IBF Verbundprüfung von Aluminiumproben

Zur Herstellung von Werkstoffverbunden kann unter anderem das Warmwalzplattieren genutzt werden. Für die Vorhersage und Bewertung der im Walzprozess auftretenden Verbundbildung des Werkstoffpaares kann ein Grundversuch auf dem Torsionsplastometer STD812 durchgeführt werden. Hierfür kommt ein jeweils kegelstumpfförmiges Probenpaar zum Einsatz. Die Proben werden induktiv erhitzt und anschließend unter Druckbelastung aufeinandergepresst, um die Verbundbildung im Walzspalt nachzustellen. In einem nächsten Prüfschritt werden die Proben wieder voneinander getrennt. Die Versagensgrenze des Verbundes kann dabei unter reiner Zug- oder Torsionsbelastung, als auch bei kombinierter Zug-Torsions- oder Druck-Torsions-Belastung ermittelt werden. Die Anlagenregelung kann dabei sowohl weg- / winkelgesteuert, als auch kraft-/drehmomentgesteuert vorgenommen werden.

Zudem kann durch regelbare Zugabe von technischen Gasen der Einfluss der Oberflächenverzunderung auf die Verbundbildung berücksichtigt werden.

 
 

Wärmeausdehnungskoeffizient

Bestimmmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten Urheberrecht: © IBF Bestimmmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten

Die Ermittlung des Wärmeausdehnungskoeffizienten erfolgt auf dem Umformdilatometer DIL 805. Hierbei kommen zylindrische Vollproben mit den Abmessungen 10 mm x 4 mm zum Einsatz. Die Probe wird zwischen zwei Wegaufnehmern eingespannt und induktiv erwärmt. Die Temperatur wird dabei über ein auf der Oberfläche aufgeschweißtes Thermoelement geregelt. Während des Aufheizens wird die Längenänderung der Probe mit einer Genauigkeit von bis zu 0,05 µm aufgezeichnet und der Wärmeausdehnungskoeffizient bestimmt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient kann dabei innerhalb eines Temperaturbereichs von Raumtemperatur bis 1500 °C ermittelt werden.