U04 - Mechanisches Einf?rben
U04 - Nutzung mechanischer Prozesswirkungen zur stufenlosen Einf?rbung durch mechanische Fertigungsverfahren
Dieses Teilprojekt stellt sich der Herausforderung, im Hochdurchsatz Einf?rbungszust?nde (d.h. Zust?nde mit ver?nderten Materialeigenschaften) mittels mechanischer Prozesswirkung zu generieren. Zur Abdeckung eines breiten Einf?rbungsspektrums kommen dabei das Festwalzen als ein Verfahren mit statischer und das Kugelstrahlen als ein Verfahren mit impulsartiger Energieeinbringung zum Einsatz. Diese Verfahren erm?glichen neben der Variation der Umformgeschwindigkeit sowohl die Prozessierung von SFB-relevanten sph?rischen Mikroproben (d ≤ 1 mm) als auch von Proben mit makroskopischen Abmessungen. Dabei steht neben der stufenlosen Einf?rbung auch die skalenübergreifende, deskriptorerhebende Charakterisierung der Werkstoffe im Fokus.
Zur Charakterisierung der plastischen Deformation werden mittels Festwalzen makroskopisch einzelne Spuren erzeugt und taktil ausgewertet. Der Versuchsaufbau sowie eine im Schnitt dargestellte resultierende Spurgeometrie sind in Bild 1 auf der linken Seite dargestellt. In Abh?ngigkeit der Werkstoffh?rte und -z?higkeit lassen sich ?nderungen der erfassten Spurgeometrien feststellen. Ein 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育faches ?berrollen einzelner Spuren l?sst weiterhin Rückschlüsse auf das Verfestigungsverhalten des Werkstoffs zu.
Zur Untersuchung des Deformationsverhaltens unter quasistatischer Last werden die Mikroproben in Kavit?ten fixiert und ebenfalls festgewalzt (vgl. Bild 1, rechts). Die resultierende Abplattung der Partikel, welche in der Schnittansicht unterhalb des Versuchsaufbaus dargestellt ist, ist dabei abh?ngig von den Werkstoffeigenschaften wie der H?rte und der Z?higkeit. Bild 4 zeigt zur Veranschaulichung der m?glichen Abplattungsdimension eine durch Festwalzen plastisch deformierte sph?rische Mikroprobe.
Die impulsartige Energieeinbringung mittels Kugelstrahlen wird sowohl zur plastischen Deformation des Strahlguts als auch zur plastischen Deformation des Strahlmittels verwendet (Bild 2). Als Strahlmittel für die konventionelle Anwendung des Prozesses kommen aufgrund ihrer hohen H?rte Keramikpartikel zum Einsatz. Diese generieren runde Eindrücke im makroskopischen Material, welche im Anschluss an den Prozess erfasst werden. Die Radien der verbleibenden Eindrücke lassen Rückschlüsse auf die Werkstoffeigenschaften zu, da sich in Abh?ngigkeit der Stahlparameter (Bild 3) sowie beispielsweise verschiedener H?rten unterschiedliche Radien ermitteln lassen.
Zur Untersuchung und Einf?rbung der sph?rischen Mikroproben werden diese beschleunigt auf einem deutlich h?rteren Strahlgut zum Aufprall gebracht und plastisch deformiert (Bild 2). Die werkstoffabh?ngige plastische Deformation wird anschlie?end unter dem Mikroskop mithilfe des Deformationsradius quantifiziert. Abh?ngig von der H?rte und Z?higkeit der Partikel lassen sich auch hier verschiedene Deskriptorwerte ermitteln. Bild 5 zeigt die plastische Deformation eines vergüteten Partikels aus 100Cr6.
Die Ver?nderung der Materialeigenschaften (Einf?rbung) des, sonst in der Regel vernachl?ssigten, Strahlmittels steht somit erstmals im Fokus und erm?glicht die Untersuchung der zertropften Mikroproben (siehe TP U01).
Die besondere Konstellation des SFB erlaubt durch die Vielfalt an Charakterisierungsprozessen eine hochaufgel?ste Analyse des materialspezifischen Umformverhaltens in Abh?ngigkeit der Umformgeschwindigkeit, des Oberfl?che-zu-Volumen-Verh?ltnisses sowie des Legierungsverh?ltnisses. Dazu werden in diesem Teilprojekt sowohl Einf?rbungszust?nde generiert, Deskriptoren erhoben als auch eine Validierung an gut beschriebenen Legierungssystemen durchgeführt.
Publikationen
S. I. Imani Moqadam, M. Baune, I. B?sing, C. Heinzel, D. Meyer, A. Thomann, N. Wielki, N. Ellendt: Reproducibility of High-Throughput Sample Properties Produced by a High-Temperature Molten Metal Droplet Generator, Metals 2020, 10, https://www.doi.org/10.3390/met10030297 .
N. Wielki, M. Steinbacher, D. Meyer: Multiscale Material Characterization Based on Single Particle Impact Utilizing Particle-Oriented Peening and Single-Impact Peening, Materials 2020, 13, https://www.doi.org/10.3390/ma13040904 .
Steinbacher M, Alexe G, Baune M, Bobrov I, B?sing I, Clausen B, Czotscher T, Riemer O, Sonnenberg H, Thomann A, Toenjes A, Vollertsen F, Wielki N, Ellendt N (2019) Descriptors for High Throughput in Structural Materials Development. High-throughput 8:2–27 https://doi.org/10.3390/ht8040022
A. Bader, A. Toenjes, N. Wielki, A. M?ndle, A.-K. Onken, A. v. Hehl, D. Meyer, W. Brannath, K. Tracht: Parameter Optimization in High-Throughput Testing for Structural Materials, Materials 2019, 12, https://www.doi.org/10.3390/ma12203439 .
A. Toenjes, N. Wielki, D. Meyer, A. von Hehl: Analysis of Different 100Cr6 Material States Using Particle-Oriented Peening, Metals 2019, 9, https://www.doi.org/10.3390/met9101056 .
T. Czotscher, N. Wielki, K. Vetter, F. Vollertsen, D. Meyer: Rapid Material Characterization of Deep-Alloyed Steels by Shock Wave-Based Indentation Technique and Deep Rolling, Nanomanufacturing and Metrology 2019, 2, https://www.doi.org/56-64 10.1007/s41871-019-00036-4
N. Wielki, D. Meyer: Potential of deep rolling as a finishing process directly after SLM to generate beneficial surface and subsurface properties, 19th international conference of the european society for precision engineering and nanotechnology, Bilbao (Spain), 2019.
J. K?mmler, N. Wielki, N. Guba, N. Ellendt, D. Meyer: Shot peening using spherical micro specimens generated in high-throughput processes, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 50 (2019), 5-13 https://www.doi.org/10.1002/mawe.201800068
N. Wielki, J. K?mmler, N. Guba, D. Meyer: Material characterization utilizing process dependent descriptors, 8. WGP-Jahreskongress, pp. 412-422 https://doi.org/10.1007/978-3-030-03451-1_41
D. Meyer, J. K?mmler: Sustainable approach of heat treatment-free surface hardening by deep rolling, International Journal of Sustainable Manufacturing 2018, 4, https://www.doi.org/10.1504/ijsm.2018.099580
J. K?mmler, N. Wielki, D. Meyer, Surface integrity after internal load oriented multistage contact deep rolling, Procedia CIRP 71 (2018) 490-495 https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.05.026
J. K?mmler, N. Guba, K. Vetter, F. Vollertsen, D. Meyer, Material characterization by deep rolling of laser deep alloyed micro-samples, euspen' 18th International Conference & Exhibition, 2018, pp. pp. 335-336 [Link zum PDF] [Link zur Konferenz]
Projektleitung
Dr.-Ing.Dipl.-Biol.Daniel Meyer
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Projektbearbeitung
Nicole Wielki
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