Thermomechanische Prozesse von Metallen bei höhere bzw. moderate Verformungsgrad

Die Warmverformung von metallischen Materialien bis zu großen Deformationen führt zu Veränderungen in der Mikrostruktur, welche nicht durch geringe Verformungen erreicht werden können. Trotz der Bemühungen der wissenschaftlichen Gesellschaft um die entwickelte Mikrostruktur zu beschreiben und zu modellieren, gibt es noch einige Punkte die unklar sind. Nicht nur die Beschreibung der Mechanismen selbst ist ein Gegenstand der Diskussionen und Kontroversen, sondern auch die Verlässlichkeit der experimentellen Daten. Es ist allgemein anerkannt, dass bei großen Verformungen die Struktur von Metallen mit hoher Stapelfehlerenergie durch kontinuierliche Rekristallisationsprozesse verfeinert werden kann. In der Literatur sind zwei mögliche Prozesse erläutert: (1) kontinuierliche dynamische Rekristallisation durch progressive Gitterrotation (cDRX) und (2) geometrische dynamische Rekristallisation durch Abschnürung der Großwinkelkorngrenzen (gDRX). Interessant ist, dass diese Klassifizierung verwendet wurde um das gleiche Phänomen bei verschiedenen Bedingungen oder um zwei verschiedene Phänomene (zusammenhängend oder nicht) zu beschreiben, welche in Abhängigkeit der Verformungsbedingungen erscheinen. Wir schlagen vor, dass die Kombination von zuverlässlicher Datenerfassung, physikalischer Modellierung und Finite Elemente Simulationen für drei verschiedene Materialien der Schlüssel für das Verständnis, der Beschreibung und der Vorhersage der Verformungsmechanismen ist, welche bei großen Verformungen stattfinden. Die dafür ausgewählten Materialien sind: eine aushärtbare Aluminium-Knetlegierung (AA6082), eine nahe ß-Titanlegierung (Ti5553) und eine Magnesiumlegierung (MgAl4Ba2Ca2). Die Aluminiumlegierung wird als Ausgangsmaterial verwendet. Erste Torsionsversuche, Mikrostrukturcharakterisierung, Mikrostruktur- und Fließmodellierung bis zu moderaten Verformungen wurde bereits durchgeführt. Die Legierung MgAl4Ba2Ca2 wurde bereits teilweise charakterisiert. Große Verformungen unter exzellenter Kontrolle der Temperatur, der Atmosphäre, der Dehnung und der Kühl/Aufheizraten werden mittels Torsionsversuchen in der Gleeble3800 Maschine erhalten. Des Weiteren wird eine Methode für in-situ Warmtorsionsversuche angepasst, was mittels Röntgenbeugung von hoher Synchrotronenergiequelle durchgeführt werden soll. Die Metallographie derpost-mortem Probenmit Hilfe von Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Elektronenrückstreubeugung ermöglicht die Charakterisierung der Mikrostruktur. Die Mikrostruktur wird durch die Anwendung von ein bzw. zwei Versetzungsmodellen beschrieben. Die Subkörner und die Fließentwicklung werden zuerst in den niedrigen/moderaten Verformungsbereichen beschrieben. Mit Zunahme der Dehnung wird das Modell die Gitterrotation und die Bildung der Großwinkelkorngrenzen gegen den Subkörnerabnahme in Betracht ziehen. In einem weiteren Schritt, wird die Auswirkung von zweiten Phasen analysiert: (1) Kräfte behindern die Korngrenzen- und die Versetzungsbewegung in AA6082 und MgAl4Ba2Ca2 (2) und der Einfluss der schwer verformbaren a-Phase auf die Verformung in Ti5553. Zusätzlich, werden phänomenologische Modelle implementiert um die Beziehung zwischen Korngröße, Dehnung, Dehnrate und Temperatur zu erfassen. Die entwickelten physikalischen Modelle werden mit Finite Elemente Simulationen mit Hilfe von Unterprogrammen gekoppelt um die Mikrostruktur als eine Funktion der Verformungsparameter vorherzusagen.

In diesem Projekt beschäftigten wir uns mit dem Verhalten von aluminium-, titan- und magnesiumbasierten Werkstoffenbeider thermomechanischen Bearbeitung. Thermomechanische Prozesse beinhalten die Verwendung von hohen Temperaturen, um ein Material dauerhaft zu verformen, um eine gegebene Geometrie und Leistung zu erhalten. Typische Prozesse sind Schmieden, Walzen und Strangpressen. Speziell in diesem Fall sind die Materialien sehr großen dauerhaften Deformationen ausgesetzt, die eine einzigartige Struktur des Materials im mikroskopischen Maßstab erzeugen, gefolgt von einer einzigartigen Leistung. Wir verwendeten Experimente im Labormaßstab, um die oben erwähnten Metalle bei verschiedenen hohen Temperaturen zu verformen und Proben zu erhalten, um mit Mikroskopie zu charakterisieren, sowie um die Kraft zu lesen, die erforderlich ist, um diese Verformung zu erreichen. Wir fanden eine Beschreibung der Phänomene, die für die Modifikationen der Mikrostruktur verantwortlich sind, vereinfachten sie und entwickelten ein Modell, um diese Modifikationen mit der Temperatur und der Geschwindigkeit der Verformung zu beschreiben. Die hier gewonnenen Ergebnisse und Modelle könnten in Zukunft zur Optimierung der thermomechanischen Prozesse und / oder der Leistungsfähigkeit dieser Aluminium-, Titan- und Magnesiumbasismaterialien verwendet werden.