Entwicklung und experimentelle Überprüfung eines konstitutiven Materialmodells zur Beschreibung des Fließverhaltens metastabiler Austenite unter Berücksichtigung von TRIP- und adiabatischen Effekten

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Im industriellen Einsatz von Werkstoffen kommt es oft zu sich widersprechenden Anforderungen wie beispielsweise Gewichtseinsparung und Energieaufnahmevermögen. Dies gilt so auch für den Anwendungsfall von Maschinenumhausungen zum Schutz des Bearbeiters. In diesem Anwendungsfall erhöhen sich durch die immer weiter ansteigenden Arbeitsgeschwindigkeiten von Drehmaschinen die Anforderungen an die Rückhaltefähigkeit und damit an das Energieaufnahmevermögen der Schutzumhausung. Um die maximal mögliche Maschinengeschwindigkeit ausnutzen zu können, wären hier bei den bisher verwendeten Standardstahlsorten Schutzumhausungen mit einer Blechdicke von 8 mm notwendig, was nicht mehr praktikabel ist. Um Einsparungen zu ermöglichen ohne die Sicherheit des Bearbeiters zu beeinträchtigen, ist es wichtig, das Potential des Werkstoffs genau zu kennen. Eine neue Möglichkeit eröffnet sich durch Ausnutzen des TRIP-Effektes austenitischer Edelstahle (Transformation Induced Plasticity). Das Potential dieser Werkstoffklasse begründet sich in einer verformungsinduzierten Gefügeumwandlung, welche die Festigkeit während der Beanspruchung steigert. Dies führt zu einer Festigkeitssteigerung bei weiterhin hohen Dehnungen und damit zu einem hohen Energieaufnahmevermögen. Um den TRIP-Effekt austenitischer Edelstahle zu nutzen, muss aber die chemische Zusammensetzung über die geforderte Genauigkeit der Norm hinaus eingestellt werden, und es müssen Temperatur, Spannungszustand und Dehnrate während der Beanspruchung bekannt sein, da diese Größen die Umwandlung beeinflussen. In diesem Projekt soll unter Berücksichtigung der genannten Einflussgrößen eine Materialbeschreibung gefunden werden, die nach Implementierung in eine FEM-Routine die Vorhersage des Belastungsverhaltens unter schlagartiger Beanspruchung erlaubt. Dazu wird nach einer Vorauswahl von verschiedenen Stählen das Umformverhalten in Abhängigkeit der genannten Einflussgrößen untersucht. Es sind quasistatische und dynamische Zugversuche, Bulgetests und Split- Hopkinson Versuche geplant, wobei Temperatur, Dehnrate und Spannungszustand variiert werden. Die bereits existierenden Materialgesetze zur Beschreibung des Verformungsverhaltens von Metallen werden anhand dieser Ergebnisse für die untersuchten Stähle sowie den gegebenen Anwendungsfall evaluiert und gegebenenfalls modifiziert. Auf Basis der Ergebnisse der Aufprallversuche am IWF sollen Materialkenngrößen identifiziert werden, die als Maß für eine optimale Rückhaltefähigkeit gelten können. Dazu wird das Material im Ausgangszustand und im verformten Zustand charakterisiert und einer Gefügeanaly1 Allgemeine Angabe se unterzogen. Sowohl die Gefügekenngrößen wie beispielsweise Korngröße, und - morphologie, als auch die mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise Streckgrenze, Zugfestigkeit und Bruchdehnung werden auf Basis einer statistischen Versuchsauswertung bezüglich ihrer Bedeutung gewertet. Auch die chemische Zusammensetzung wird hier berücksichtigt. Die Ergebnisse des beantragten Projektes können dann in der Folge zu Materialeinsparung und zur Steigerung der Arbeitssicherheit dienen. Die Ergebnisse werden bezüglich der Gewichtseinsparung validiert durch den Vergleich einer geeigneten Aluminiumlegierung. Auf der wissenschaftlichen Seite führen die Ergebnisse durch die Modellentwicklung zu neuen Erkenntnissen über austenitische Edelstahle mit TRIP-Effekt und damit zu einem besseren Werkstoffverständnis.