Hannover, Universiẗat, Diss., 1999.

Hannover, Univ., Diss., 2002. / Computerdatei im Fernzugriff.

Hannover, Univ., Diss., 2002. / Computerdatei im Fernzugriff.

Hannover, Universiẗat, Diss., 2002.

Zugl.: Chemnitz, Techn. Univ., Diss., 2009

Eine effiziente und effektive Technologieentwicklung und –optimierungen im Bereich der Umform- und Fertigungstechnik erfolgt heutzutage fast ausschließlich rechnergestützt auf Basis der Finiten Elemente Methode (FEM) oder der Finiten Differenzen Methode (FDM). Die aktuellen Umformsimulationssysteme sind in der Lage die notwendige Energie der Anlagen, den prozessbedingten Stofffluss des Umformgutes inkl. der resultierenden Temperaturen und die Spannungen des Halbzeuges bzw. Bauteiles als auch der Werkzeuge vorauszuberechnen. Allerdingssind bereits dafür die sehr sensitiven Materialdaten, wie z. B. temperatur- und umformgeschwindigkeitsabhängige Fließkurven, Wärmeleitfähigkeit usw., notwendig. Momentane Forschungsaktivitäten beschäftigen sich damit, den nächsten Schritt der FE-Simulation zu bewältigen, in dem die Gefügeentwicklung und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Bruchdehnung etc.) numerisch ermittelt werden können. Auch dafür müssen sehr aufwendige und materialspezifische Materialdaten generiert und modelliert und abschließend in Simulationssysteme über Schnittstellen implementiert werden. Die Vorhersage zu Verschleiß und Versagen von Werkzeugen wird in Zukunft immer mehr in das Interesse von Anwendern von FE-Software rücken, um die kompletten Einflussgrößen der Prozesse abzubilden. Dieser Beitrag soll am Beispiel einer aushärtbaren Aluminiumlegierung (EN AW 6.xxx) verdeutlichen, wie unterschiedlich das Materialverhalten in Abhängigkeit des Ausgangszustandes (stranggepresst, stranggegossen) und der Erwärmungsmodi (konvektiv, induktiv) sein kann und wie sich diese Variationen für ein und denselben Werkstoff auf die Berechnungsgenauigkeit ausgewählter Warmmassivumformprozesse (Reckwalzen, Gesenkschmieden) auswirkt.

Eine effiziente und effektive Technologieentwicklung und –optimierungen im Bereich der Umform- und Fertigungstechnik erfolgt heutzutage fast ausschließlich rechnergestützt auf Basis der Finiten Elemente Methode (FEM) oder der Finiten Differenzen Methode (FDM). Die aktuellen Umformsimulationssysteme sind in der Lage die notwendige Energie der Anlagen, den prozessbedingten Stofffluss des Umformgutes inkl. der resultierenden Temperaturen und die Spannungen des Halbzeuges bzw. Bauteiles als auch der Werkzeuge vorauszuberechnen. Allerdingssind bereits dafür die sehr sensitiven Materialdaten, wie z. B. temperatur- und umformgeschwindigkeitsabhängige Fließkurven, Wärmeleitfähigkeit usw., notwendig. Momentane Forschungsaktivitäten beschäftigen sich damit, den nächsten Schritt der FE-Simulation zu bewältigen, in dem die Gefügeentwicklung und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Bruchdehnung etc.) numerisch ermittelt werden können. Auch dafür müssen sehr aufwendige und materialspezifische Materialdaten generiert und modelliert und abschließend in Simulationssysteme über Schnittstellen implementiert werden. Die Vorhersage zu Verschleiß und Versagen von Werkzeugen wird in Zukunft immer mehr in das Interesse von Anwendern von FE-Software rücken, um die kompletten Einflussgrößen der Prozesse abzubilden. Dieser Beitrag soll am Beispiel einer aushärtbaren Aluminiumlegierung (EN AW 6.xxx) verdeutlichen, wie unterschiedlich das Materialverhalten in Abhängigkeit des Ausgangszustandes (stranggepresst, stranggegossen) und der Erwärmungsmodi (konvektiv, induktiv) sein kann und wie sich diese Variationen für ein und denselben Werkstoff auf die Berechnungsgenauigkeit ausgewählter Warmmassivumformprozesse (Reckwalzen, Gesenkschmieden) auswirkt.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Grenzschichtverhalten von Aluminium-Magnesium-Werkstoffverbunden während der Weiterverarbeitung durch Warmumformverfahren. Die Herstellung der Verbunde erfolgt mittels hydrostatischem Strangpressen, was zu einer stoffschlüssigen Verbindung in Form von intermetallischen Phasen führt.Während der weiteren Umformung zerbricht diese Grenzschicht in Fragmente ohne die stoffschlüssige Verbindung zu den Grundwerkstoffen aufzugeben. Die Auswirkungen dieser Fragmentierung auf die Grenzschichtfestigkeit wird mittels verschiedener Biegeversuche untersucht. Eine Eigenspannungsanalyse basierend auf dem Bohrlochverfahren und einer speziellen numerischenAuswertemethode ist ebenfalls Bestandteil dieser Arbeit. Es folgt die Aufstellung eines Fragmentierungskriteriums, das die kritische Streckung für das Einsetzen der Grenzschichtfragmentierung anzeigt. Grundlage bildet eine Vielzahl von Rinnenstauchversuchen mit einer neu entwickelten Probenform. Die nach der Fragmentierung zu beobachtende Grenzschichtkinematik wird mittels numerischer Simulation nachempfunden und so Beanspruchungszustände auf mikroskopischer Ebene zugänglich gemacht.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Formänderungsvermögen von Al-Mg-Verbunden. Diese hybriden Verbunde wurden mittels hydrostatischem Strangpressen hergestellt und sind gekennzeichnet durch eine stoffschlüssige Verbindung basierend auf einer intermetallischen Phase. Basis der Untersuchungen waren die experimentellen Analysen der grundlegenden Hauptumformarten des Schmiedens Stauchen, Breiten und Steigen, um eine umfassende Charakterisierung der Umformbarkeit derartiger hybrider Verbunde zu gewährleisten. Dabei erfolgte die Herleitung von geeigneten Umformgesenken, der Aufbau eines Experimentierfeldes sowie die Definition der Variationsparameter. Die experimentellen Methoden wurden zweckmäßig mit numerischen Methoden ergänzt, um die Problemstellung umfassend zu analysieren. Bei den Untersuchungen wurde die belastungsabhängige Umformbarkeit der hybriden Al-Mg-Verbunde, insbesondere der intermetallischen Phasen, festgestellt. Aufgrund der Mikrostruktur verfügen die intermetallischen Phasen über eine Vorzugsrichtung, welche eine Schädigung hauptsächlich in radialer Belastungsrichtung aufweist. Die Schädigung der primären Grenzschicht geschieht durch eine Fragmentierung, wobei sich durch Diffusionsprozesse eine sekundäre Grenzschicht entlang der neuen Kontaktstellen bildet. Durch die Anwendung der numerischen Methoden konnten die maximalen Schubspannungen sowie die Vergleichsumformgrade als bedeutsame Einflussgrößen ermittelt werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen erfolgte die Herleitung eines makromechanischen Versagenskriteriums, mit dem innerhalb der numerischen Simulation kritische Bereiche der Grenzschichtschädigung ohne experimentelle Versuche dargestellt werden können. Abschließend wurden Optimierungsstrategien auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse abgeleitet. Die Modifikation des Mantel-Kern-Verhältnisses sowie die gezielte Anwendung von Exzentrizitäten bieten die Möglichkeit, anforderungsspezifische maßgeschneiderte hybride Al-Mg-Verbunde zu realisieren. / The presented work describes the extensive studies of the formability of hybrid Al-Mg compounds. These hybrid compounds were produced by a hydrostatic co-extrusion process and can be characterized by an interface consisting of an intermetallic phase. Basis of the studies were experimental analyses of the fundamental forming processes upsetting, spreading and uprising to provide a comprehensive characterization of the formability of such hybrid compounds. Therefore, the development of suitable forging dies, the experimental set-up and the definition of the variation of parameters was carried out. The experimental methods were supported with appropriate numerical methods to analyze the compounds in detail. In the studies, a load direction dependency of the formability of hybrid Al-Mg compounds, especially related to the intermetallic phases was detected. Due to the microstructure of the intermetallic phases, a primarily preferred damage direction in radial load direction, was determined. The damage to the primary interface occurs by a fragmentation mechanism. Due to diffusion processes a secondary interface along the new contact areas was established. The application of numerical methods showed that the maximum shear stresses and the logarithmic equivalent strains were determined as the significant parameters. Based on these scientific findings a macro-mechanical damage model was developed. By means of this model the critical areas of the interface damage can be visualized in the numerical simulation. Finally, based on the scientific findings optimization strategies were derived. The modification of the sleeve-core ratio and the specific application of eccentricity by a new eccentric hydrostatic co-extrusion process allow the full application of such hybrid Al-Mg compounds in the industry.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Formänderungsvermögen von Al-Mg-Verbunden. Diese hybriden Verbunde wurden mittels hydrostatischem Strangpressen hergestellt und sind gekennzeichnet durch eine stoffschlüssige Verbindung basierend auf einer intermetallischen Phase. Basis der Untersuchungen waren die experimentellen Analysen der grundlegenden Hauptumformarten des Schmiedens Stauchen, Breiten und Steigen, um eine umfassende Charakterisierung der Umformbarkeit derartiger hybrider Verbunde zu gewährleisten. Dabei erfolgte die Herleitung von geeigneten Umformgesenken, der Aufbau eines Experimentierfeldes sowie die Definition der Variationsparameter. Die experimentellen Methoden wurden zweckmäßig mit numerischen Methoden ergänzt, um die Problemstellung umfassend zu analysieren. Bei den Untersuchungen wurde die belastungsabhängige Umformbarkeit der hybriden Al-Mg-Verbunde, insbesondere der intermetallischen Phasen, festgestellt. Aufgrund der Mikrostruktur verfügen die intermetallischen Phasen über eine Vorzugsrichtung, welche eine Schädigung hauptsächlich in radialer Belastungsrichtung aufweist. Die Schädigung der primären Grenzschicht geschieht durch eine Fragmentierung, wobei sich durch Diffusionsprozesse eine sekundäre Grenzschicht entlang der neuen Kontaktstellen bildet. Durch die Anwendung der numerischen Methoden konnten die maximalen Schubspannungen sowie die Vergleichsumformgrade als bedeutsame Einflussgrößen ermittelt werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen erfolgte die Herleitung eines makromechanischen Versagenskriteriums, mit dem innerhalb der numerischen Simulation kritische Bereiche der Grenzschichtschädigung ohne experimentelle Versuche dargestellt werden können. Abschließend wurden Optimierungsstrategien auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse abgeleitet. Die Modifikation des Mantel-Kern-Verhältnisses sowie die gezielte Anwendung von Exzentrizitäten bieten die Möglichkeit, anforderungsspezifische maßgeschneiderte hybride Al-Mg-Verbunde zu realisieren. / The presented work describes the extensive studies of the formability of hybrid Al-Mg compounds. These hybrid compounds were produced by a hydrostatic co-extrusion process and can be characterized by an interface consisting of an intermetallic phase. Basis of the studies were experimental analyses of the fundamental forming processes upsetting, spreading and uprising to provide a comprehensive characterization of the formability of such hybrid compounds. Therefore, the development of suitable forging dies, the experimental set-up and the definition of the variation of parameters was carried out. The experimental methods were supported with appropriate numerical methods to analyze the compounds in detail. In the studies, a load direction dependency of the formability of hybrid Al-Mg compounds, especially related to the intermetallic phases was detected. Due to the microstructure of the intermetallic phases, a primarily preferred damage direction in radial load direction, was determined. The damage to the primary interface occurs by a fragmentation mechanism. Due to diffusion processes a secondary interface along the new contact areas was established. The application of numerical methods showed that the maximum shear stresses and the logarithmic equivalent strains were determined as the significant parameters. Based on these scientific findings a macro-mechanical damage model was developed. By means of this model the critical areas of the interface damage can be visualized in the numerical simulation. Finally, based on the scientific findings optimization strategies were derived. The modification of the sleeve-core ratio and the specific application of eccentricity by a new eccentric hydrostatic co-extrusion process allow the full application of such hybrid Al-Mg compounds in the industry.