Allgemeingültige Modellierung der Werkstoff- und Oberflächenveränderungen für die FEM-Simulation des Gesenkschmiedens von Kohlenstoffstählen

In diesem von der DFG geförderten Projekt werden die Einflüsse der Zunderschicht auf Gesenkschmiedeprozesse von Stahlwerkstoffen untersucht, da diese die Vorgänge in der Umformzone elementar beeinflusst. Während in der ersten Förderperiode ausschließlich Kohlenstoffstähle berücksichtigt wurden, wird die Legierungskonfiguration in der zweiten Förderperiode um das Element Chrom erweitert. Im Vergleich zu bestehender Literatur werden hierbei nicht nur exemplarisch Legierungen untersucht, sondern eine ganze Stahlsorte systematisch erforscht. Der Fokus liegt auf der Entwicklung einer ganzheitlichen numerischen Abbildung des Zunders in der Prozesskette der Warmmassivumformung. Für die thermomechanische Simulation liegt das Hauptaugenmerk auf der realen Zunderkinetik. So wird bereits die Zunderentstehung während der Erwärmung numerisch abgebildet und dient als Eingangsdaten für die numerische Umformsimulation. Im Rahmen der ersten Förderperiode erfolgte die Modellierung der Zunderschicht während der Umformung ohne ein Versagenskriterium. In realen Umformprozessen kommt es jedoch aufgrund kritischer Spannungen zum Aufplatzen oder Abgleiten der Zunderschicht. Für eine detaillierte Abbildung der lokalen Werkstofftemperatur und der lokalen Reibungsverhältnisse, welche die Umformung signifikant beeinflussen, ist daher das Versagen der Zunderschicht bei der Umformung in der numerischen Simulation zu berücksichtigen. Die Veränderungen der Werkstoffeigenschaften des Grundwerkstoffes als auch der Zunderschicht sind mittels Fortran-Subroutinen in das kommerzielle FE-Programm Simufact Forming zu implementieren. Somit kann ein grundlegender Beitrag für die Prozesskettensimulation in der Warmmassivumformung unter Berücksichtigung der Zunderentstehung, der Gefügeumwandlung, des Tribo-Systems und der Zunderschädigung in Abhängigkeit der relevanten Parameter wie z. B. Temperatur und Legierungselementen geleistet werden. Die Modellierung wird dazu von experimentellen Versuchsreihen der Materialcharakterisierung begleitet. Neben der Zunderentstehung und dem Zunderversagen wird ebenso das tribomechanische Verhalten auf Mikro- und Nanometerebene untersucht.