TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT
nerisch
vorausgesagten
Rissbeginn
ermöglichte
eine
Bewertung
der Anwendbarkeit
der verschiedenen
Versagenskriterien
auf Querwalzprozesse.
EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNG
DES
MATERIALVERHALTENS
Um das Fließverhalten
beider
Materialien
zu analysieren,
untersuchten
die Experten
16MnCrS5 (1.7139) für Temperaturen
zwischen
1.050 °C und 1.250 °C und 20MnB4 (1.5525)
zwischen
Raumtemperatur
und 250 °C. Die Ergebnisse
wurden
dann mathematisch
approximiert
und dienten
für alle
folgenden
numerischen
Simulationen
als Fließkurven.
Die
Ergebnisse
werden
hier nicht ausführlich
dargestellt,
aber
sind in 1 zu finden.
Anschließend
entwickelte
die Forschungsgruppe
eine
Methodik,
um das Bruchverhalten
der Materialien
experimentell
zu
untersuchen.
Hierzu
verwendete
sie Torsionsproben
und Torsionsproben
mit überlagertem
Zug sowie ungekerbte
und
gekerbte
Zugproben.
In der Warmumformung
konnte nur
unter reiner
Torsion
nie ein Probenbruch
beobachtet
werden.
Dagegen
entstand
in der Kaltumformung
bei allen
Proben
ein
Probenbruch,
wie in Bild 2 dargestellt.
Auch unter
reinem
Zug
ist erkennbar,
dass die Umformbarkeit
in der Warmumformung
extrem
hoch ist. Dies macht der geringe
Restquerschnitt
bei
Probenbruch
deutlich.
Untersucht
wurden
auch die Temperatur
und die Dehnratenabhängigkeit
des Bruchverhaltens
1.
Bild 2: Ergebnisse
der
Bruchversuche
für
Warm- und Kaltumformung
für die verschiedenen
Belastungszustände
SIMULATIVE
ÜBERPRÜFUNG
DER VERSUCHE
Im Anschluss
an die Experimente
wurden
FE-Modelle
der Versuche
in der FE-Software
Simufact
Forming
aufgebaut
und
die Versuche
bis zum experimentell
beobachteten
Bruch
nachsimuliert.
Aus diesen
Simulationen
wurde
dann für jedes
Experiment
eine
zugehörige
Dehnung
bis zum Bruch herausgelesen
und die zugehörigen
Spannungswerte
(Triaxialität,
normierter
Lodewinkel
Parameter).
Ausgelesen
wurden
diese
Werte
jeweils
im kritischen
Partikel,
also
an dem Punkt der
Probe,
an dem der Bruch bekanntermaßen
beginnt.
Für die
Versuche
der Warmumformung
richtete
sich besondere
Aufmerksamkeit
auf die Temperatur
und die Dehnrate
während
der Umformung,
da diese
das Materialversagen
ebenfalls
beeinflussen.
Die simulativ
experimentell
ermittelten
Daten
zum Bruchverhalten
der Proben
unter
verschiedenen
Belastungszuständen
dienten
dazu,
die Parameter
verschiedener
Versagenskriterien
für diese
Materialien
zu bestimmen.
Zunächst
galt es jedoch zu
ermitteln,
welche
Versagenskriterien
für die zwei Anwendungsfälle
Warmumformung/
Kaltumformung
aussichtsreich
erscheinen.
Im Falle
der Kaltumformung
waren
dies das Johnson-
Cook-Kriterium
4 sowie
das Mohr-Coulomb-Bruchkriterium
5.
Während
das Johnson-Cook-Kriterium
die Bruchdehnung
nur in
Funktion
der Spannungs
Triaxialität
definiert,
verwendet
das
Mohr-Coulomb-Kriterium
darüber
hinaus
noch den normierten
Lodewinkel-Parameter
1.
Bild 3: Simulierte
Dehnungs
und Spannungszustände
über Zug- und
Torsionsproben
(Kaltumformung)
sowie
Positionen
der kritischen
Partikel
68 massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2019