TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT Bild 2: Rasterelektronenmikroskopie an geschädigten Proben aus 20MnCr5, oben: Porennukleation durch Dekohäsion zwischen Teilchen und Stahlmatrix, unten: Porennukleation durch mehrfachen Bruch des Mangansulfi ds in ferritischperlitischer Stahlmatrix Im Gegensatz zu diesen Ansätzen werden in der Klasse der me cha nis men ba sierten Schä di gungs mo delle die phy si kalischen Ur sachen der duk ti len Schä di gung direkt mo del liert, so dass im All ge meinen eine hö here Vor her sage fähig keit gege ben ist. Die be kannten An sätze von Gurson 1, Gologanu und Leblond 2 oder Ponte Castañeda 3 ba sieren auf der An nah me, dass in einer Ma trix sich eine einzel ne Pore be fi ndet: Auf Grund lage der Plasti zi täts theorie wer den makro mecha nische Fließ po ten ziale her ge leitet, wel che den Ein fl uss der Po ro si tät und gege benen falls der Poren form auf das plas tische Flie ßen ab bilden. Diese Einfl üsse werden berücksich tigt und die Wechsel wir kung zwischen me chanischem Ver hal ten und Schä di gungs zu stand ist ge ge ben. Durch Hinzu nah me einer Ent wicklungs gleichung zur Be schrei bung der Poren nu kleation wird die Schä di gungs ini tiierung be schrieben und durch ein Kri terium zur Modell ie rung der Poren koales zenz beziehungs weise der Riss ini ti ierung wird ab schließend das Werkstoff versagen beurteilt (Bild 1). Trotz der in der Literatur dokumentierten Vorzüge dieser mecha nis men ba sierten Schä di gungs mo delle waren die vor Projekt beginn ver füg baren Material mo delle nicht in der Lage, das Schä di gungs ver hal ten der rele van ten Stäh le in Pro zessen der Kalt massiv um for mung vor her zu sagen. Die Ar beits hy po these für das IGF-For schungs projekt 17678 N „Mechanismen ba sierte Ma terial mo delle zur Vor her sage der Schä di gung und des Versagens in der Kalt massiv um for mung von Stäh len“ be stand folg lich darin, eine bessere Vor her sage der Schä di gung in der Kalt massiv um for mung ent sprechend der be son de ren Anfor Bild 3: Rasterelektronenmikroskopie an geschädigten senkrecht gestauchten Druckproben aus 20MnCr5 im Längsschliff : Porennukleation bei positivem hydrostatischem Druck durch Dekohäsion zwischen Teilchen und Stahlmatrix infolge kritischer lokaler Belastungen in der Umgebung des Mangansulfi ds derungen und der ein ge setzten Ma te rial ien zu rea li sieren. Mecha nis men basierte Schä di gungs mo delle haben grundsätz lich das Po ten zial, das Schädigungs ver hal ten und das Ver sa gen bes ser vorherzusagen. LÖSUNGSWEG UND VORGEHENSWEISE Ausgehend von einem passenden be kann ten me chanis menba sierten Schä di gungs mo dell wur den Mo dell er wei te rung en ein ge bracht, um die ex peri men tell be ob ach teten Me chanismen der duktilen Schä di gung für die re le van ten Ma terialien und Pro zes se ab bil den zu kön nen. Dazu waren zu nächst sys te matische Unter suchung en der Ur sachen für das vorlie gen de Werk stoff ver hal ten und der Schä digungs ent wicklung in Kalt massiv um form pro zessen er for der lich. Zu diesem Zweck wur den un ter schied liche Pro ben und Bau teile auf makro skopischer und mikro skopischer Ebene im Hin blick auf die me cha nischen Fließ eigen schaft en in Ab hängig keit von Tem pe ra tur und Deh nrate, sowie auch im Hin blick auf die beobachtbaren Schä di gungs me chanismen charakterisiert. Auf der Basis dieser mikrostrukturellen Be ob ach tungen der Schä di gungs me cha nismen konnten mathe ma tische Be schrei bungen dieser Phä no mene ent wickelt und als Er wei terungs ter me in das be kannte me cha nismen basierte Material mo dell nach Gur son-Tvergaard-Needleman (GTN) implementiert werden. Durch diese zusätzlichen Entwicklungsterme werden die Abhängig keiten ver schiedener Modell größen kom plexer, so dass 46 massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2016
massivUMFORMUNG September 2016 01
To see the actual publication please follow the link above