Untersuchung der Schädigungsentwicklung in Warmumformprozessketten am Beispiel des Ringwalzens (T03#)

• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278868966

Große Wälzlagerringe mit Außendurchmessern über 500 mm werden meist durch Stauchen, Lochen und Ringwalzen hergestellt. Sofern solche Ringe überraschend im Einsatz versagen, hat dies nach Erfahrungen des Anwendungspartners Schaeffler AG erhebliche Schäden und Ausfallzeiten zur Folge. Nach aktueller Kenntnis geht dem Versagen immer duktile Schädigung voraus, die durch Porenbildung, Porenwachstum und Porenvereinigung Keimstellen für eine Rissbildung erzeugt. Gegossene Rohblöcke weisen oftmals Gussporen auf, die im besten Fall in den Vorformoperationen zur Herstellung eines Vorrings geschlossen werden. Im Ringwalzprozess selbst entstehen vornehmlich neue Poren, weshalb die im fertigen Ring vorliegende Porosität aus unvollständig verschlossenen Gussporen oder im Ringwalzprozess eingebrachten Schädigungsporen stammen kann. Die genauen Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern bei der Herstellung von Lagerringen und der im Bauteil vorhandenen Menge an Porosität sind jedoch weitgehend unklar. Im TRR 188 wurde mittels repräsentativer Volumenelemente (RVEs) sowie kontinuumsmechanischer Schädigungsmodellierung die Möglichkeit zur modellhaften Beschreibung der Porositätsentwicklung in Warmumformprozessen geschaffen. Hierbei berücksichtigt das eingesetzte GTN-Schädigungsmodell bereits den Einfluss der dynamischen Rekristallisation auf die Schädigungsentwicklung. Eine zusätzliche Erweiterung für die statische Rekristallisation ist aktuell im TRR 188 in Arbeit. Statische und dynamische Rekristallisation können im Ringwalzen maßgeblichen Einfluss auf das Gefüge und die Schädigungsentwicklung haben. Das Ziel dieses Vorhabens ist es gemeinsam mit dem Anwendungspartner die Schädigungsentwicklung entlang der Warmumformprozesskette beim Ringwalzen unter Berücksichtigung des Einflusses der Vorformoperationen zu beschreiben und darauf aufbauend zu kontrollieren. Dazu wird zunächst die RVE-Methodik genutzt, um den Porenschluss in den Vorformoperationen zur Erzeugung der Vorringe simulativ zu untersuchen. Diese Analysen werden durch Messungen der Porenflächen des Ausgangsmaterials sowie der umgeformten Vorringe validiert. Weiterhin wird ein vollständig geregeltes FE-Ringwalzmodell genutzt, um in Verbindung mit dem oben erwähnten GTN-Schädigungsmodell die Schädigungsentwicklung beim Ringwalzen abzubilden und Prozessparameter zu ermitteln, die eine Zunahme der Schädigung reduzieren oder ggf. sogar vermeiden. Zudem lässt sich aus den Analysen des Schädigungszustands der Vorringe sowie der im Ringwalzprozess eingebrachten Schädigung die Herkunft von Porosität im Endprodukt exakt klären, sodass eine Erhöhung der Lebensdauer durch Kontrolle der Schädigung im finalen Bauteil möglich wird. Zusätzlich zu einer Zusammenstellung der schädigungskontrollierten Prozessroute wird die Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf eine zweite ähnliche, aber profilierte industrielle Ringgeometrie simulativ überprüft und anschließend beim Anwendungspartner experimentell validiert.

• DFG-Verfahren: Transregios (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: TRR 188: Schädigungskontrollierte Umformprozesse
• Antragstellende Institution: Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
• Unternehmen: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
• Teilprojektleiter: Dr.-Ing. David Bailly, seit 10/2023; Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt, bis 9/2023