Einfluß von Probengröße und Umformgeschwindigkeit auf die Aufnahme von Fließkurven

Bei der Aufnahme von Fließkurven ist der exakte Einfluß von Probengröße und Umformgeschwindigkeit auf die Fließspannung strittig. Zur quantitativen Ermittlung wurden in Zylinderstauchversuchen für die Werkstoffe Ck45 und X 10 CrNiTi 18 9 bei verschiedenen Umformgeschwindigkeiten und Probengrößen Fließkurven aufgenommen und die Temperaturentwicklung in den Versuchsproben gemessen. Die Untersuchungen haben folgendes gezeigt: Infolge der Umwandlung von Umformarbeit in Wärme nimmt die für die Fließspannung maßgebliche Probentemperatur während der Umformung zu. Diese ?Verfälschung” der Umformtemperatur der Probe wird durch die jeweils vorliegende Wärmeableitung in die Versuchswerkzeuge mehr oder weniger stark kompensiert. Sowohl Probengröße als auch Umformgeschwindigkeit haben über die Beeinflussung dieser Wärmeableitung einen erheblichen Einfluß auf die Fließspannung, wobei bei der Umformgeschwindigkeit dieser Einfluß teilweise den primären, festigkeitssteigernden Einfluß mehr als aufhebt. Nach den vorliegenden Ergebnissen führt die auf Fließkurven aufbauende Berechnung von Umformprozessen nur dann zu exakten Werten, wenn die thermomechanischen Verhältnisse bei Umformprozeß und Fließkurvenaufnahme ähnlich sind. In anderen Fällen ist es allerdings möglich, die jeweils benötigten Fließkurven unter Berücksichtigung der Temperaturverhältnisse mit relativ hoher Genauigkeit aus adiabaten oder isothermen Fließkurven näherungsweise rechnerisch zu bestimmen.     

Numerische Verfahren zur Fließspannungsanalyse

Zur Beschreibung der Fließkurven und Analyse des Verfestigungsverhaltens von Werkstoffen werden vielfach Potenzansätze wie die Hollomon- und die Ludwik-Gleichung angewendet. Eine neue Methode zur verbesserten Approximation der gemessenen Fließkurven mit bekannten Potenzansätzen und eine zum Ausgleich der Kurven für die Verfestigungsanalyse werden vorgestellt. Die Approximation der gemessenen Fließkurven mit Potenzansätzen durch zweifache numerische Integration liefert eine wesentlich bessere integrale Beschreibung gegenüber der herkömmlichen Methode der Linearisierung durch Logarithmieren der Meßdaten. Der Ausgleich der Fließkurve mit gewichteten kubischen Splines liefert einen glatten Verlauf der Verfestigungsrate, welcher die experimentellen Streuungen unterdrückt, aber die strukturellen Einflüsse wiedergibt. Die so gewonnenen Kurven bilden die Basis für die weitere Verfestigungsanalyse.     

Bestimmung von Fließkurven mit dem Warmflachstauchversuch

Zur Bestimmung von Fließkurven werden Warmflachstauchversuche mit dem Warmumformsimulator (Wumsi) des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung durchgeführt. Aus den Meßdaten Werkzeugweg, Stauchkraft und Probentemperatur sowie aus den Abmessungen der Probe wie Anfangsdicke, Anfangsbreite und mittlere Stauchfläche werden Fließkurven unter Anwendung der elementaren Plastomechanik berechnet. Die Auswertung der Fließkurven liefert die Fließgrenze, die maximale Spannung und den Verlauf des differentiellen n-Wertes. Weiterhin wird eine neue Methode angewendet, um die Reibungsverhältnisse beim Warmflachstauchen zahlenmäßig zu berücksichtigen. Aus dem Temperaturverlauf während der Umformung und der Kenntnis der Temperaturabhängigkeit der Fließspannung werden temperaturkorrigierte Fließkurven berechnet. An Beispielen wird erläutert, wie Fließkurven zur Interpretation metallkundlicher Vorgänge genutzt werden können, die während der Umformung ablaufen.     

Einfluß des Kohlenstoffgehaltes auf den Verlauf der Fließkurven von unlegierten Stählen bei Raumtemperatur

Zylinderstauchversuche mit parallelen Platten an elf unlegierten Stählen mit 0,10 bis 1,29% C, 0,19 bis 0,28% Si und 0,19 bis 0,76% Mn bei Raumtemperatur. Darstellung der so ermittelten Fließkurven als Parabeln höherer Ordnung k_f = k_f1 · φⁿ. Einfluß des Kohlenstoffgehaltes auf die Parabelkonstanten k_f1 und n. Daraus abgeleitete Möglichkeit zur Berechnung der Fließkurve von unlegierten Stählen in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt.     

Die Wirkung des Bauschinger-Effektes bei großen Formänderungen im Verdrehversuch

Beschreibung der Verdrehmaschine. Versuche mit Wechsel des Drehsinns an verschieden stark verdrehten Kupfer-, Messing- und Stahlproben. Ermittlung der Fließkurven. Einfluß der Formänderungsgeschwindigkeit, der Korngröße und des Anlassens auf die Umkehr-Fließkurven.     

Warmfließkurven austenitischer Chrom-Nickel-Stähle

Aus den Meßdaten für die im Warmzugversuch ermittelten Warmfließkurven der austenitischen Stähle X 2 CrNi 18 9 (Werkstoff-Nr. 1.4306) und X 10 CrNiNb 18 9 (Werkstoff-Nr. 1.4550) wurde mittels Regressionsanalyse eine Berechnungsgleichung für die Fließspannung erstellt. Diese ermöglichte die Berechnung der Fließspannung für beliebige Umformgrade, -temperaturen und -geschwindigkeiten im Rahmen der untersuchten Bereiche. Die so berechneten Fließspannungen stimmten mit den gemessenen Werten gut überein. Abschließende Gefügeuntersuchungen verdeutlichten den Beginn bzw. Ablauf der Rekristallisation bei beiden untersuchten Stählen: Die Zugabe von Niob behindert danach die Rekristallisation.     

Ermittlung isothermer Fließkurven von Stählen bei Temperaturen von 20 bis 200 °C

Staucheinrichtung zur Aufnahme isothermer Fließkurven. Zusammenhang zwischen Probentemperatur und Formänderungsgeschwindigkeit während des Stauchvorganges. Isotherme Fließkurven der Stähle Ck 15, Ck 45, C 100 W 1, X 8 Cr 17 und X 10 CrNiTi 18 9 im Bereich zwischen Raumtemperatur und 200 °C bei niedrigen Formänderungsgeschwindigkeiten.     

Über das Stauchen von Hohlzylindern und seine Eignung zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit dünner Bleche

Schwierigkeiten bei der Bestimmung der Formänderungsfestigkeit dünner Bleche im Zugversuch. Vorschlag des Hohlzylinder-Stauchversuchs an übereinandergeschichteten Proben mit Innen- oder Außenführung. Plastomechanische Berechnung der Spannungen und Formänderungen beim Stauchen von Hohlzylindern ohne Führung, bei Führung in einem Aufnehmer und Führung über einem Dorn. Eignung der untersuchten Verfahren zur Aufnahme von Fließkurven.     

Berechnung der Fließkurven von Kerbstäben

Berechnung der Fließkurven von Flachstäben mit Bohrung unter Zugbeanspruchung, von Flachstäben mit Außenkerben unter Zug- oder Biegebeanspruchung sowie von Rundstäben mit Außenkerben unter Zugbeanspruchung. Vergleich der berechneten Fließkurven mit Versuchswerten. Zusammenhang zwischen Kerbwirkung und Stützwirkung. Bedeutung dieses Zusammenhanges für die Belastbarkeit eines Bauteils.     

Auswirkung von Werkstoffinhomogenitäten auf das Dehnungsverhalten von Zugproben

Zugversuch an einer Probe des Stahls X 8 CrNiMoNb 16 16 mit rd. 0,07% C, 17% Cr, 1,6% Mo, 16% Ni und 1 % Nb mit örtlich unterschiedlichem Verfestigungsverhalten. Ungleichmäßige Verteilung der Formänderung über die Meßlänge der Probe und Herleitung mathematischer Beziehungen zu deren zahlenmäßiger Beschreibung. Einfluß der Werkstoffinhomogenität auf die Dehnung bei Höchstkraft.     

Thermomechanische Behandlung von Manganhartstählen

Die durch Walzen oder Schmieden im Bereich von 700 bis 1050°C thermomechanisch behandelten Manganhartstähle X 120 Mn 12 und X 120 MnCrSiV 12 werden unter Einbeziehung einer anschließenden Haltedauer bei Umformtemperatur bzw. bei 440°C bezüglich ihres Gefüges und ihrer Eigenschaften vergleichend untersucht. Es zeigt sich, daß die Legierungszusätze an Chrom, Silicium und Vanadin eine höhere Umformtemperatur zur Erzielung einer gewünschten Verfestigung zulassen und damit die thermomechanische Behandlung erleichtern. Der Verschleißwiderstand wird nicht beeinträchtigt.     

Theoretische Untersuchung zur plastischen Instabilität von Zugstäben unter Beachtung der Formänderungsgeschwindigkeit und einer örtlichen Querschnittsabweichung

Zeitliche Entwicklung einer Störstelle während des Streckens eines Stabes aus einem Werkstoff mit geschwindigkeitsabhängiger Fließkurve. Rechnerische Ermittlung einer unteren und einer oberen Zeitgrenze für das Eintreten des instabilen Formänderungszustandes nach der Höchstkraftbedingung. Auswirkung des Werkstoffverhaltens, der Formänderungsgeschwindigkeit und örtlicher Unterschiede des tragenden Stabquerschnittes auf den Betrag der Formänderung bis zur plastischen Instabilität.     

Die infolge einer plastischen Instabilität begrenzte gleichmäßige Formänderung beim Kaltumformen quaderförmiger Werkstück

Untersuchung der Grenze für die gleichmäßige Umformung quaderförmiger Werkstücke durch eine plastische Instabilität. Beschreibung der Fließkurve an Hand der Ludwikschen Potenzfunktion. Ermittlung der Grenzwerte der einzelnen Formänderungen und der Hauptformänderung über die Gestaltänderungsenergiehypothese sowie die Schubspannungshypothese. Darstellung der Grenzwerte der gleichmäßig erreichbaren einzelnen Formänderungen und der Hauptformänderung in Abhängigkeit vom Spannungszustand und vom Verfestigungsexponenten des Werkstoffes.     

Die Spannungen beim Weiterreißen von rohrförmigen Proben

Innendruckversuche an rohrförmigen Proben mit konischen Endstücken aus den Stählen RSt 37-2, RSt 37-2 halbberuhigt und St 37-3. Ermittlung der Nennspannungen an der Fließgrenze und an der Höchstkraft sowie der Formänderungen und der wahren Spannungen an der Bruchstelle über die Länge der Risse. Vergleich der Spannungen am Rißbeginn und am Rißstillstand. Wahrscheinlicher Ablauf des Aufreißens.     

Vereinfachte Ermittlung der Fließkurve metallischer Werkstoffe im Zugversuch während der Einschnürung der Proben

Schwierigkeiten bei der Ermittlung der Formänderungsfestigkeit im Zugversuch während der Einschnürung der Proben. Ansätze für vereinfachte Verfahren. Ermittlung der Fließkurven für die drei Stähle R St 37-2, St 60-2 und X 5 CrNi 18 9 sowie für die Aluminiumlegierung AlMg 5, Elektrolytkupfer E-Cu, Messing Ms 63 und Reinaluminium. Vergleich zwischen Meßwerten und angenähertem Kurvenverlauf im Bereich der Einschnürung.     

Einfluß der Umformwärme auf die Fließkurve und auf im Zugversuch ermittelte mechanische Eigenschaften

Grundgleichungen zum Zusammenhang zwischen isotherm aufgenommenen und durch Umformwärme beeinflußten Fließkurven. Geschlossene Lösungen durch Ansätze mit bestimmten Eigenschaften. Temperaturänderung während des Versuchs. Vergleich mit Meßergebnissen. Einfluß der Umformwärme auf die Zugfestigkeit und die zugeordnete Dehnung.     

Ermittlung von Fließkurven beim Kaltwalzen anhand gemessener Walzparameter

Nach der Kaltwalztheorie von Bland, Ellis und Ford wird die mittlere Fließspannung für zwei nichtrostende austenitische Stähle (1.4301 und 1.4436) direkt aus den gemessenen Kaltwalzparametern ermittelt. Die so ermittelten Fließkurven sind charakteristisch für das jeweilige Walzgerüst, an dem die Walzparameter gemessen wurden. Die Determinationskoeffizienten (R²-Wert) der Fließkurven beider Stähle weichen erheblich voneinander ab: für die Stahlsorte 1.4301 wurde der R²-Wert zu 0,828 und für den Stahl 1.4436 zu 0,686 bestimmt. Diese Abweichung ist auf das unterschiedliche Verfestigungsverhalten beider Stähle zurückzuführen.     

Möglichkeiten zur Beeinflussung von Umwandlungstemperaturen am Beispiel zweier hochlegierter Warmarbeitsstähle

Mit Hilfe einer dilatometrischen Meßeinrichtung erfolgte zunächst für die zwei vergleichend gegenübergestellten Stähle × 30 WCrV 9 3 und × 30 WCrV 5 3 die Bestimmung von Zeit-Temperatur-Austenitisierungs-Schaubildern mit dem Parameter der Martensitbildungstemperatur. Hierbei ist festzustellen, daß bei gleichen Aufheizgeschwindigkeiten und Austenitisierungstem-peraturen die martensitische Umwandlung bei dem höher wolframhaltigen Stahl früher eintritt als bei dem Vergleichswerkstoff. Hieraus ist abzuleiten, daß der erhöhte Wolframgehalt die Umwandlungsträgheit des Austenit abbaut. Ferner wurde der Frage nachgegangen, in welcher Weise Phasenveränderungen auftreten, wenn Formänderungen im Phasengebiet des unterkühlten Austenit mit langen Phasenanlaufzeiten der Perlitbildung vorgenommen werden. Für beide Stähle gilt gleichermaßen, daß umforminduzierte Spannungen das Phasenfeld des Perlit zu kürzeren Zeiten verschieben, wobei jedoch die bekannten Zusammenhänge der Keimbildung und des Keimwachstums erhalten bleiben. Aufgrund der um 100°C höher gewählten Austenitisierungstemperatur und der hiermit einhergehenden Karbidauflösung tritt eine Austenitstabilisierung ein, die bei dem Stahl × 30 WCrV 9 3 durch den Wolframgehalt nicht wieder rückgängig gemacht werden kann. Insofern stellt sich dieser Stahl im Vergleich zum Stahl × 30WCrV 5 3 als Umwandlungsträger dar. Schließen sich dem Umformvorgang eine isotherme Haltephase mit einer teilperlitischen Phasenumwandlung und ein folgender Abkühlvorgang an, ist ein zeitabhängiger Anstieg der Martensit- (Bainit-) Bildungstemperatur zu beobachten. Formänderungen selbst senken durch den von ihnen erzeugten Eigenspannungszustand diese Umwandlungstemperatur.     

Beitrag zur Bestimmung des Gehaltes an säurelöslichem Aluminium mittels optischer Emissionsspektrometrie mit Funkenanregung

Es wäre aus Sicht der Stahlwerker wünschenswert, den Massenanteil an säurelöslichem Aluminium in Stahl schneller zu bestimmen, als es bislang nach dem naßchemischen Verfahren möglich ist. Verschiedene Hersteller von optischen Emissionsspektrometern bieten Methoden, die es erlauben sollen, diesen säurelöslichen Aluminiumanteil in den Zwischen- und Fertigproben der Stahlproduktion funkenspektrometrisch zu bestimmen. Eine dieser Methoden, die Peak-Integrationsmethode, die von verschiedenen Spektrometerherstellern angeboten wird, wurde auf die Einsetzbarkeit bei Referenzmaterialien und den im Stahlwerk anfallenden Proben getestet. Die Peak-Integrationsmethode liefert brauchbare Ergebnisse, wenn die Stahlproben hinsichtlich der Aluminium- und Aluminiumoxidverteilung homogen sind. Größere Aluminiumoxidausscheidungen dürfen nicht vorliegen. Gerade die betrieblichen Zwischenproben, bei denen der Einsatz dieses Verfahrens besonders interessant wäre, erfüllen diese Voraussetzung nicht. Die Bestimmung des säurelöslichen Anteils des Aluminiums im Stahl an betrieblichen Zwischenproben mit dieser Methode ist deshalb nicht mit der erforderlichen Genauigkeit möglich.     

Beitrag zum Hießverhaften vorverfestigter instabil austenitischer nichtrostender Bänder aus dem Werkstoff 1.4310

Übergang von einer kontinuierlichen [Dehnung unter Zugbelastung bei nicht vorverformtem Blechwerkstoff zu einer stark örtlich begrenzten Dehnung mit ausgeprägter Fließfigurenbildung, die mit zunehmender Reckung innerhalb des parallelen Bereichs der Zugprobe weiterwandert, wenn das Ausgangsmaterial um bestimmte Verformungsgrade auf eine erhöhte Zugfestigkeit vorverformt (abgewalzt) wurde. Es kommt zu einer ausgeprägten oberen und unteren Streckgrenze. Die aufgeschriebene Dehnung (Gesamtdehnung des Meßbereichs) verläuft zunächst unabhängig von der aufgebrachten Zugkraft, springt dann auf ein höheres Kraftniveau, bis die Probe reißt.