Innovative Konzepte zur Simulation von Warmumformung und Wärmebehandlung

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Mit neuartigen Ansätzen ermöglichen wir die detaillierte Simulation von Warmumformung und Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe. Unser Ansatz verknüpft das thermomechanische Materialverhalten und die Gefügeentwicklung mithilfe einer umfassenden thermodynamischen Betrachtung. Damit können wir elastisch-plastisches Materialverhalten, Erholung, Rekristallisation, Kornvergröberung, Texturentwicklung und Ausscheidungsbildung sowie die damit verbundenen Verfestigungs- und Entfestigungsvorgänge effizient abbilden. Trotz der Komplexität des Materialmodells erfordert die Parameterbestimmung nur einen begrenzten Aufwand, da die meisten Parameter eine physikalische Bedeutung haben und daher gut bekannt sind. Die theoretische Grundlage des Projekts wird im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1713 »Strong Coupling of Thermo-Chemical and Thermo-Mechanical States in Applied Materials« der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gelegt.

Unser Materialmodell eignet sich für die Anwendung auf Kalt- und Warmumformprozesse, Wärmebehandlungen und verschiedene Kombinationen daraus. Somit können wir eine ganze Prozesskette abbilden, ohne zwischen den Teilschritten Daten von einem Modell in ein anderes übertragen zu müssen. Das numerisch umgesetzte Materialmodell kann für die Auslegung, Bewertung und Optimierung von Prozessrouten eingesetzt werden, z.B. in der Warm- und Kaltumformung sowie Wärmebehandlung. Darüber hinaus sind sogar Anwendungen im Bereich der Prozessregelung denkbar. Aktuell arbeiten wir an einer Überführung in Finite-Elemente-Programme, um das Modell auch für die Auslegung und Bewertung von Halbzeugen und komplexen Bauteilen anwendbar zu machen.

Video: Warmstauchversuch in der thermomechanischen Versuchseinrichtung »Gleeble 3150«

Simulation der Kornvergröberung während der Wärmebehandlung von Kupferlegierungen.

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In reinem Kupfer nimmt die mittlere Korngröße zu, während sich die Korngrößenverteilung selbstähnlich entwickelt.

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In einer ausscheidungsgehärteten Kupferlegierung ist die Kornvergröberung verlangsamt und die Korngrößenverteilung verändert sich qualitativ.

Simulation von Zugversuchen an unlegiertem Stahl bei verschiedenen Temperaturen und Dehnraten.

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Spannungs-Dehnungs-Diagramm.

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Simulation von Zugversuchen an unlegiertem Stahl bei verschiedenen Temperaturen und Dehnraten.