Zähigkeit von kaltumformbarem Stahlfeinblech

  • Toughness of cold formable steel sheet

Könemann, Markus Josef; Münstermann, Sebastian (Thesis advisor); Bleck, Wolfgang (Thesis advisor); Feldmann, Markus (Thesis advisor)

Aachen (2020, 2021)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Kurzfassung

Die Zähigkeit von hochfesten Blechwerkstoffen mit Erzeugnisdicken unterhalb von 2,5 mm wurde in der Vergangenheit nur unzureichend untersucht. In dieser Arbeit wird daher mit dem Schlagzugversuch eine Versuchstechnik entwickelt, mit der die Zähigkeit von Feinblechen bestimmt werden kann. Dabei können vor allem Feinbleche unterhalb einer Dicke von 1,5 mm untersucht werden. Für die Untersuchungen wurde ein Pendelschlagwerk mit einem Schlagzugpendel ausgerüstet. Zur Ermittlung von Energiewerten wurde dann ein Schlagversuch an gekerbten Flachzugproben durchgeführt. Die Untersuchungen im Schlagzugversuch an einem Dualphasenstahl der Sorte DP1000 zeigten ein bisher nicht beobachtetes Verhalten. So wurde ermittelt, dass die Schlagzähigkeit bei den zunächst untersuchten Proben keinerlei Energieabnahme im Bereich niedriger Temperaturen zeigten. Aus diesem Grund wurden weiterführende Untersuchungen unternommen, die den Einfluss des Spannungszustands auf die Energieaufnahme analysieren. Dazu wurde eine gezielte Einstellung des untersuchten Spannungszustandes anhand unterschiedlich gekerbter Probengeometrien vorgenommen. Im Ergebnis konnte beobachtet werden, dass die Spannungsmehrachsigkeit den größten Einfluss auf das Energieaufnahmepotential des Werkstoffs hatte, während die Temperatur entscheidenden Einfluss auf den vorliegenden Bruchmechanismus zeigte. Belegt werden diese Thesen durch umfangreiche Untersuchungen im Schlagzugversuch und durch Bruchflächenanalysen im Rasterelektronenmikroskop. Im Folgenden wurde dann ein Verfahren entwickelt, welches die bauteilgerechte Bestimmung von Zähigkeitswerten im Schlagzugversuch ermöglicht. Dazu wurde zunächst ein schädigungsmechanisches Werkstoffmodell kalibriert, welches die auftretenden Effekte von Temperatur, Dehnrate und Spannungszustand berücksichtigt. Bei diesem Modell handelt es sich um das phänomenologische modifizierte Bai-Wierzbicki Modell. Die Kalibrierung des Modells und notwendige Erweiterungen sind ebenfalls Bestandteil dieser Arbeit. Weiterhin wurde ein Verfahren zur rechnergestützten Probengenerierung erstellt, das auf einem Python-Tool basiert. Es soll dazu dienen, Probengeometrien zu identifizieren, die den Spannungszustand an der höchst beanspruchten Stelle des betrachteten Bauteils abbilden. Dazu wurde beispielhaft das Detail einer B-Säule untersucht, für die das Verfahren zur bauteilgerechten Zähigkeitsermittlung erfolgreich getestet werden konnte. Zur Anbindung der neuen Versuchstechnik an den Kerbschlagbiegeversuch wurde letztlich ein Korrelationsverfahren entwickelt. Dabei wurden unterschiedliche Korrelationsmöglichkeiten aufgezeigt. Zum einen ist durch vergleichbare Spannungszustände eine Korrelation beider Versuche über einen an das Hochlagenverhalten angelehnten Verhältniswert möglich. Zum anderen kann ein Vergleich der Versuchsergebnisse über eine Analyse der Bruchflächen stattfinden. Eine Ausweitung des Schlagzugversuchs auf bauteilnahe Geometrien oder Halbzeuge konnte zudem durch eine Anpassung der Versuchstechnik für ein nahtloses Rohr aufgezeigt werden.

Einrichtungen

  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
  • Lehr- und Forschungsgebiet für Werkstoff- und Bauteilintegrität [522520]

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