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2013-03-Schmiede-Journal

Spektrum 250 200 150 100 50 250 200 150 100 50 250 MPa 200 Fließspannung 150 100 50 Umformgrad - 58 SchmiedeJOURNAL März 2013 Dieses Verhalten bei hohen Temperaturen wird durch die anfänglich vorhandene Porosität bei dicken, nicht umgeformten Oxidschichten noch verstärkt. Die angesprochenen Poren bilden sich in der Zunderschicht in Abhängigkeit von der Schichtdicke aus und das Porenvolumen bestimmt durch sein Vorhandensein das Eigenschaftsprofil und die Umformbarkeit der Metall-Oxid-Verbindung, weil die Poren als Fehlstellen/ Defekte betrachtet werden müssen und damit das Umformverhalten beeinflussen. Für die Entwicklung des Zunders, speziell bei längeren Transport- beziehungsweise Pausenzeiten im Zuge der Umformung, stellt das Porenvolumen somit ein wesentliches Merkmal des Zunders dar. Je kürzer die Zeiten und je niedriger die Umformtemperatur, desto geringer das Gesamtporenvolumen im Zunder. Je länger die Pause und je höher die Materialtemperatur, desto mächtiger und poröser entwickelte sich der Zunder (Bild 1) 7. Infolge der Umformung findet eine Reduzierung des Porenvolumens statt, sodass eine kompaktere, weniger poröse Zunderschicht entsteht (Bild 2). Durch die Minimierung der Poren entsteht eine Zunderschicht, die nachfolgend weniger verdichtet werden kann und zum Aufbrechen neigt. Somit sinkt das Umformvermögen des Zunders mit zunehmender Anzahl der Umformschritte und Umformgrad, was sich durch die sinkende Temperatur während des Werkzeugkontakts ebenfalls negativ auf die Umformbarkeit des Zunders auswirkt. Diese Ergebnisse zur Porenentwicklung und deren Verhalten bilden die Basis für die Bestimmung der Materialeigenschaften der einzelnen Eisenoxide. Der Schwerpunkt bei der Probenherstellung für die experimentelle Simulation richtete sich darauf, dass im Prüfling eine ähnliche Struktur wie in der realen Zunderschicht vorliegt. Die Ergebnisse der reinen und unabhängig voneinander betrachteten Eisenoxide mit den genutzten technologischen Bedingungen (maximale Umformgeschwindigkeit 10  s-1) spiegeln auch ansatzweise die Umformbedingungen von Massivumformprozessen wider (Bild 3). Die Ermittlung von Koeffizienten für die Fließkurven der einzelnen Eisenoxide erfolgte mittels Freiberger Fließkurven- Ansatz 8 nach Hensel-Spittel. Die einzelnen Koeffizienten für die drei untersuchten Oxide sind in Tabelle  1 zusammengestellt. Um die bruchmechanische Kennwerte der einzelnen Eisenoxide zu messen, wurde die Prüfung bei Raumtemperatur unter Normaldruck realisiert. Diese Temperatur wurde ausgewählt, weil durch den Werkzeugkontakt der Zunder kurzzeitig auf die Werkzeugtemperatur abgekühlt wird und Risse in der Zunderschicht entstehen. Die Zundertemperatur sinkt dabei schnell in den Bereich der Raumtemperatur ab. Zusätzlich ist die Prüfung der Proben bei Bild 2: Vergleich zwischen einem einmalig umgeformten (j = 0,5; j• =  5 s-1) und anschließend weitergewachsenen (links) und einem auf blanker Stahloberfläche bei 1.200 °C entstandenen Zunderfragment (rechts) am Beispiel der Stahlmarke C45, 500-fache Vergrößerung. 0 0 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 Umformgrad - Fließspannung MPa 1000 °C_0,1 s-1 1000 °C_1 s-1 1000 °C_5 s-1 1000 °C_10 s-1 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 Umformgrad - Fließspannung MPa 1000 °C_0,1 s-1 1000 °C_1 s-1 1000 °C_5 s-1 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 1000 °C_1 s-1 1000 °C_5 s-1 Bild 3: Gemessene Fließkurven der drei Zunderhauptbestandteile bei 1.000  °C und unterschiedlichen Umformgeschwindigkeiten (oben: Hämatit, mitte: Magnetit, unten: Wüstit).


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