Kalibrierungsversuche für Mikrostrukturmodelle

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Holger Brüggemann

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Finale Bauteileigenschaften werden maßgeblich von der Mikrostruktur des Werkstoffs nach der Umformung und gegebenenfalls nachfolgenden Wärmebehandlungen bestimmt. Um die Entwicklung der Mikrostruktur auch in Umformsimulationen berücksichtigen zu können, bietet das IBF mehrere Versuche an, um die einzelnen Aspekte der Änderung der Mikrostruktur zu charakterisieren. So wird die statische Rekristallisation anhand von Spannungsrelaxationsversuchen auf dem institutseigenen Umformdilatometer untersucht. Die dynamische Rekristallisation wird anhand von isothermen Zylinderstauchversuchen auf der Servohydraulische Prüfmaschine - Servotest charakterisiert. Schließlich stehen noch für Kornwachstumsversuche diverse Öfen mit einer maximalen Temperatur von bis zu 1500 °C zur Verfügung.

Kalibrierungsversuche für Mikrostrukturmodelle

  • Dynamische Rekristallisation (Zylinderstauchversuch)
  • Statische Rekristallisation (Spannungsrelaxationsversuch, Glühversuche)
  • Kornwachstum (Glühversuche)
 
 

Dynamische Rekristallisation

Durchführung eines Stauchversuches an der Servohydraulischen Prüfmaschine Urheberrecht: © IBF Durchführung eines Stauchversuches an der Servohydraulischen Prüfmaschine

Zur Bestimmung der dynamischen Rekristallisationskinetik werden Stauchversuche an charakteristischen Punkten entlang der Fließkurve durchgeführt. Dafür stehen am IBF die Servohydraulische Prüfmaschine – Servotest, sowie das Umformdilatometer zur Verfügung. Auf der Servotest können Umformgeschwindigkeiten zwischen 0,001 bis 100 s-1 bei Temperaturen bis zu 1200°C umgesetzt werden. Das Umformdilatometer bietet Umformgeschwindigkeiten zwischen 0,001 bis 20 s-1 bei Temperaturen bis zu 1500°C. Typische finale Umformgrade liegen zwischen 0,8 bis 1,2. Die Proben können anschließend metallographisch präpariert und der rekristallisierte Anteil im Lichtmikroskop für die Parametrisierung der Mikrostrukturmodelle, z.B. JMAK-Modelle, StrucSim oder DIGIMU®, validiert werden.

 
 

Statische Rekristallisation

Durchführung eines Spannungsrelaxationsversuchs am Umformdilatometer Urheberrecht: © IBF Durchführung eines Spannungsrelaxationsversuchs am Umformdilatometer

Die statische Rekristallisation wird mittels Spannungsrelaxationsversuchen charakterisiert. Dabei werden Stauchversuche bis zu Umformgraden von 0,05 bis 0,1 durchgeführt und anschließend bei Halten der Temperatur der Spannungsabfall gemessen. Aus dem Spannungsabfall kann dann die Rekristallisationkinetik der statischen Rekristallisation berechnet werden. Zur Durchführung der Spannungsrelaxationsversuche steht das Umformdilatometer zur Verfügung. Hier können Umformgeschwindigkeiten zwischen 0,001 bis 20 s-1 bei Temperaturen bis zu 1500°C realisiert werden. Die Kinetik kann mittels Metallographie und Lichtmikroskopie validiert werden.

 
 

Kornwachstum

Durchführung eines Glühversuchs am Dilatometer Urheberrecht: © IBF Durchführung eines Glühversuchs am Dilatometer

Für die Charakterisierung des Kornwachstums werden Glühversuche bei unterschiedlichen Temperaturen und Haltezeiten durchgeführt. Hierfür stehen diverse Öfen, sowie das Dilatometer mit einer maximalen Temperatur von bis zu 1500°C zur Verfügung. Die Korngrößen können anschließend durch metallographische Probenpräparation und Lichtmikroskopie bestimmt werden.