Numerische Abbildung der Warmmassivumformung mit integrierter Wärmebehandlung unter Berücksichtigung des Einflusses veränderlicher Spannungszustände auf das umwandlungsplastische Dehnverhalten

Im Zuge einer schnellen Abkühlung von Bauteilen in Warmmassivumformprozessen kommt es zu einer Gefügeumwandlung von Austenit zu Martensit. Neben elastischen, plastischen und thermischen Formänderungen treten hierbei auch umwandlungsbedingte und umwandlungsplastische Dehnungen auf. Umwandlungsbedingte Dehnungen ergeben sich aus dem Umklappen der Gitterstruktur von Austenit zu Martensit und der damit einher gehenden Volumenvergrößerung. Umwandlungsplastische Dehnungen resultieren aus plastischen Verformungen an der Phasengrenze bei der Bildung von Martensitpartikeln in einer austenitischen Matrix. Sie tragen bei Warmmassivumformprozessen zur Bildung von Eigenspannungen und unerwünschten Verzügen bei.

Das Ziel dieses Projektes besteht in der Weiterentwicklung numerischer Ansätze zur Bestimmung von Eigenspannungen und Verzügen unter Berücksichtigung des lastabhängigen Einflusses umwandlungsplastischer Dehnungen auf das Gefüge und den daraus resultierenden Spannungs- und Formänderungszustand warm umgeformter Bauteile.

Nachdem in der ersten Projektphase der Fokus auf den diffusionslosen martensitischen Umwandlungen lag, konzentrieren sich die Forschungsarbeiten in der zweiten Projektphase auf die Betrachtung der diffusionsgesteuerten ferritischen, perlitischen und bainitischen Gefügeumwandlungen. Zu diesem Zweck wird eine experimentelle Versuchsmethodik erarbeitet, die es ermöglicht, die umwandlungsplastischen Effekte während der isothermen Gefügeumwandlung zu beobachten. Eine derartige isotherme Betrachtungsweise eignet sich insbesondere für die Weiterentwicklung der in der ersten Projektphase erstellten FE-Modelle. Zur abschließenden experimentellen Validierung der numerischen Modelle an einem Schmiedebauteil, soll der Umformprozess um eine Nachfolgestufe, wie z. B. das Entgraten/Lochen, ergänzt und die neue Prozesskette numerisch untersucht werden. Die anschließende Bauteilabkühlung wird rechnergestützt ausgelegt und soll unter langsamen Abkühlraten (z. B. im Sandbad oder an ruhender Luft) erfolgen, um die diffusionsgesteuerten Umwandlungen im Demonstratorbauteil gezielt einzuleiten. Durch den Wegfall des verzugsstabilisierenden Grates soll die Verzugsanfälligkeit des Bauteils erhöht werden. Des Weiteren werden durch die Weiterverarbeitungsschritte zusätzliche Eigenspannungen im Schmiedebauteil eingebracht bzw. bestehende Eigenspannungen gelöst, wodurch erneut Verzug entstehen kann. Aus diesen Gründen ist der durchgehenden Berechnung von Eigenspannungen von Schmiedebauteilen unter Berücksichtigung veränderlicher Spannungszustände auf das umwandlungsplastische Dehnverhalten besondere Bedeutung beizumessen.