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TRR 188:  Schädigungskontrollierte Umformprozesse

Fachliche Zuordnung Maschinenbau und Produktionstechnik
Bauwesen und Architektur
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Förderung Förderung seit 2017
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278868966
 
Im Auslegungs- und Fertigungsprozess umgeformter Komponenten werden schon heute die Änderungen wichtiger physikalischer und technischer Eigenschaften des Werkstoffs durch den Herstellungsprozess berücksichtigt und diese Eigenschaften gezielt eingestellt. Dies trifft z. B. auf die Festigkeit und die Eigenspannungen zu. Die Schädigung, d. h. insbesondere der Prozess der Entstehung und Entwicklung von Poren, wird im Allgemeinen hingegen nur unter dem Aspekt des Bauteilversagens durch Risse betrachtet. Der vom TRR 188 propagierte Paradigmenwechsel, die Berücksichtigung der Schädigung bereits im Auslegungs- und Fertigungsprozess umformtechnischer Bauteile zu nutzen, bietet große Potenziale, Bauteile mit höherer Leistungsfähigkeit (etwa hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit oder der Steifigkeit, bezogen auf die Bauteilmasse) zu realisieren. Um dieses Ziel zu erreichen und z. B. für den Leichtbau nutzbar zu machen, kooperiert im TRR 188 ein interdisziplinäres Konsortium aus den Bereichen Umformtechnik, Materialwissenschaften und Werkstoffprüftechnik sowie Mechanik. Es werden neue Methoden und Technologien zur Kontrolle und Vorhersage sowohl der Schädigung als auch der fertigungsspezifischen Bauteileigenschaften unter Berücksichtigung metallphysikalischer und plastomechanischer Zusammenhänge untersucht und entwickelt.In der ersten Förderperiode wurde an einfachen Geometrien und Prozessen u. a. gezeigt, dass die Ausheilung von Gussporen quantitativ modellierbar und durch den Prozess beeinflussbar ist. Auch konnte die Schädigung in der Kaltmassivumformung im Prozess kontrolliert und die positiven Auswirkungen der reduzierten Schädigung auf die Leistungsfähigkeit eindeutig nachgewiesen werden. Die Entstehung neuer Schädigung in der Blechumformung konnte durch neuartige Methoden deutlich reduziert werden. Diese technisch nutzbaren Ergebnisse waren nur durch die gleichzeitige Entwicklung neuer, effizienter Methoden zur Schädigungscharakterisierung und neuer, regularisierter Materialmodelle möglich. In der zweiten Förderperiode rücken komplexe Bauteilgeometrien und Prozessfolgen in den Vordergrund. Der Fokus der Modellierung liegt auf Modellen, die quantitativ-akkurat die Porenflächenanteile und deren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Bauteile, etwa Kerbschlagarbeit und Ermüdungsverhalten, vorhersagen. Außerdem werden die Wechselwirkungen der Schädigungsmechanismen mit den Mechanismen der Gefügeentwicklung in der Warmumformung (z. B. der Rekristallisation) und deren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit warmumgeformter Bauteile untersucht. Ziele der dritten Förderperiode sind die experimentelle und simulative Betrachtung und Optimierung der Leistungsfähigkeit der Produkte entlang der gesamten Prozesskette für komplexe Umformprozesse. Die Umsetzung des skizzierten Paradigmenwechsels trägt in vielfältiger Weise zur Ressourceneffizienz bei, indem z. B. Sicherheitsfaktoren durch die optimale Verteilung der Schädigung in Bauteilen reduziert werden können.
DFG-Verfahren Transregios

Laufende Projekte

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, seit 1/2021
Mitantragstellende Institution Technische Universität Dortmund
Beteiligte Hochschule Karlsruher Institut für Technologie
Sprecher Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt, von 1/2021 bis 6/2023; Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya, seit 7/2023
 
 

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