Sonderprobleme LB2

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1. dendritisch ( ungeeignet ) : ungelichmäßg
2. globulitisch ( geeignet) : homogen

1. Vormaterialherstellung
   • chemische Kornfeinung
   • Elektromagnetisches Rühren
   • Thermomechanische Route
2. Erwärmung : induktive Bolzenerwärmung
3. Formgebung

• Thixogießen
• Thixoschmieden
• Thixoquerfließpressen
• Thixostrangpressen

1. Erwärmen
2. Transport/ Einlegen
3. Giessen
4. fertiges Bauteil

• Vormaterialherstellung : Aufbereiten der Schmelze und Stranggießen mit kontrolliertem Wärmeentzug, globulitisches Gefüge
• Wiedererwärmung : induktives Erwärmen der stranggegossenen Bolzen auf die gewünschte Umformtemperatur und Handling des thixotropen Bolzens
• Eigentliches Thixoforming: Umformen ( Thixocasting, Thixoforging etc.)im halbflüssigen Bereich inkl. verfahrenssepzifischer Auslegung der Werkzeuge
• Qualitätskontrolle: Definition der Gütekriterien, Optimierungdes Gießprozesses etc.

• Erwärmen
• Transport/ EInlegen
• Schmieden
• fertiges Bauteil

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Vorteile:

• komplexe Massenverteilung
• filigrane Strukturen
• Hinterschneidungen
• Querbohrungen
• Wanddickensprünge

Probleme :

• in der Verfügbarkeit von kostengünstigen und qualitativ hochwertigem Vormaterial aus Guss und Knetlegierungen
• in der Kenntniss von verlässlichen Qualitäts- und Prozesskenndaten

Vergleich mit Gießen

• gerringere therm. Werkzeugbelastung
• verminderung von Gaseinschlüssen durch laminare Formfüllung
• Verminderung der Lunkerbildung
• ähnliche mechanische Eigenschaften wie Schmiedeprodukte
• Schweißbarkeit
• Druckdichtheit
• Wärmebehandelbarkeit

Vergleich mit Schmieden :

• geringerer Kraftbedarf
• besseres Formfüllungsvermögen

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Laserstrahl erzeugt mit hoher Intensität Dampfkanal im Werkstück. Bewegen des Dampfkanals durch das Werkstück erzeugt Schnittfuge. Koaxialer inerter Schneidgasstrahl entfernt Werkstoffdampf und verhindert kondensierte Ablagerungen in der Schnittfuge. Zuführung der Laserleistung vorzugsweise im Pulsbetrieb. Bei CO2 Laser auch Superpulsbetrieb, um erforderliche Intensität zu erreichen.

Vorteil:

• Da hoher Temperaturgradient: Geringer Anteil flüssiger Phase, daher: geringe Rauigkeit an der Schnittfläche, kleine Wärmeeinflusszone, da nahezu wärmeleitungsverlustfreie Energieumsetzung
• Schnittfläche oxidfrei

Nachteile:

• Nur langsame Schneidgeschwindigkeit möglich, weil zugeführte Energie ausschließlich vom Laser stammt
• Aggregatszustandsänderung von fest-> flüssig-> dampfförmig

Keine Dampfbildung, keine chmeische Reaktion zwischen Werkstoff und inertem Arbeitsgas. Der Werkstoff wird nur in flüssige Phase überführt. Arbeitsgas treibt aufgeschmolzenen Fügewerkstoff aus Schnittspalt durch Impulsübertragung.

Vorteile:

• schnittfläche oxidfrei

Nachteile:

• Große Wäremeinflusszone duch Wärmeabgabe der Schmelzphase an den Grundwerkstoff
• realtiv geringe Schneidgeschwindigkeit

Als reaktives Arbeitsgas wird meist O2, bei Titan auch N2 eingesetzt. Der Laserstrahl erwärmt den Werkstoff an Wirkstelle. Bei Stahl ergibt sich eine sehr gute Strahleinkopplung, da das Absorptionsvermögen der Eisenoxidschicht für CO2- Laserstrahlung bei 80-90% liegt. Bei Erreichen der Zündtemperatur( bei Stahl ca. 1200°C) setzt eine exotherme Verbrennungsreaktion ein. Hierdurch resultiert eine zusätzliche Einergiezufuhr von bis zu 70% der ingesamt zugeführten Prozesswärme

Vorteil:

• 4-6 mal höhere Schneidgeschwindigkeit als bei Schmelzschneiden

Nachteile:

• Oxidschicht auf Schnittfläche
• Riefenbildung u.a. durch hydrodynamische Instabilitäten beim Erstarren des Eisenoxids und des angeschmolzenen Grundwerkstoffs hinter dem Sauerstoffgasstrahl

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( zu faul zum abtippen, es ist gleich 1 uhr ^^ )

• Blechumformung
• Massivumformung
• Druckumformung ( Druckwalzen)
• Zugdruckumformen ( Tiefziehen, Drücken, Kragenziehen)
• Zugumformen (Tiefen --> Streckziehen )
• Biegeumformung
• Schubumformung

• Diejenige Spannung \(\sigma_1\), die bei einem einachsigenSpannungszustand an einem Vielkristall plastische Deformationen hervorruft, heißt Fließspannung \(k_f \)
• \(k_f= 2\cdot \tau_f\)
• Die Größe von \(k_f \) wird experimentell im einachsigen Spannungszustand bestimmt.
• beim Einkristall (Korn) : Abhängigkeit der Normalspannung von der Gleitrichtung \(\sigma_1 =f(a)\) für \(\tau=\tau_f=const.\)

• Die logharitmische Formänderung (Umformgrad) ist ein Maß zur Beschreibung der Größe bleibender (plastischer) Formänderungen
• \(\frac{l_1}{l_0}=(\varepsilon+1)\)  mit \(\varepsilon_{plast}=\varepsilon_{ges}-\frac{\sigma}{E}\)

\(\varphi_f=ln(\varepsilon_{plastisch}+1)\)

• Fließkurvenbestimmung
• E-Modul ( statisch und dynamisch)
• Anisotropie
• Reibwertermittlung
• Grenzformänderungskurve
• ( Verfestigungskoeffizient und -exponent )

• Fließspannung ( "wahre Spannung") \(k_f=\frac{F}{A}\)
• fiktive Spannung der Festigkeitslehre : \(\sigma=\frac{F}{A_0}\)
• Umrechnung zu \(k_f=\sigma\cdot(\varepsilon_{ges}+1)\)

Verfestigung :

• Erhöhung der Fließspannung mit zunehmender Verformung
• Ursache ist die Behinderung der Versetzungsbewegung im Metallgitter durch Schneiden von Gleitebenen verschiedener Richtungen --> Erhöhung der Versetzungsdichte

Verfestigungsexponent \(n=tan \ \alpha = \frac{\Delta log \ k_f}{\Delta log \ \varphi}\)

n ist nicht konstant über der Fließkurve

• hoher Verfestigungsexponent
• niedriges Streckziehverhältnis

-> von Streckgrenze ( Übergang elastisch zu plastisch ) bis erreichen der Zugfestigkeit ( maximale Spannung)

• Zugversuch ( mit Feindehnungsmessung , Querkontraktionsmessung)

+ einfacher Versuch, einfache Berechnungen, bei Belastung bis zum Bruch können weitere Materialparameter bestimmt werden

- Aufnhame der Fließkurve ist nur im Bereich niedriger Umformgrade (bis Einschnürung) möglich, relativ aufwendige Probenherstellung ( Schulterstab)

• Torsionsversuch

+Aufnahme im Bereich hoher Umformgrade

-aufwändige Versuchseinrichtung, komplizierte Versuchsauswertung

• Flachstauchversuch

+Aufnahme im Bereich hoher Umformgrade, Zielgrößen sind einfach zu berechnen, geringer Einfluss der Reibung bei guter Schmierung ( im vgl Zylinderstauchversuch)

-genaue Führung der Stauchwerkzeuge erforderlich, hohe Anforderungen an Messtechnik ( kurze Versuchsdauer)

• Zylinderstauchversuch

+ gute Führung

-hoher Einfluss der Reibung

• Zurückfedern des Materials nach dem Entformen
• elastischer Anteil der Umformung
• Abhängig von E-Modul , Streckgrenze und
• Kompensieren durch größere Umformung --> nach Rückfederung ist das Maß erreicht

Streckgrenzenanstieg (40 MPa) des fertig umgeformten Bauteils nach dem Lackeinbrand durch Diffusion von Kohlenstoffatomen zwischen Kristallgitterpunkte in der Nähe von Versetzung

(Mindestformänderung erforderlich)

bei Vordehnung gewährleisten Bake- Hardening Stähle eine Streckgrenzensteigerung nach dem Lackeinbrand

• Werkstoff
• Größe der vorausgegangenen Formänderung
• Umformgeschwindigkeit
• Umformtemperatur

Die Umformgeschwindigkeit ist die erste Ableitung des Umformgrades nach der Zeit. Sie ist die zeitliche Veränderung des Umformgrades.

Die Umformgeschwindigkeit steht mit der Werkzeuggeschwindigkeit in Beziehung.

Die Umformgeschwindigkeit entspricht der gemittelten Formänderungsgeschwindigkeit der Körperabmessungen

-> Entscheidender Einfluss auf das Werkstoffverhalten bei Warmumformung

Das Vorhandensein von Spannungen allein genügt nicht für eine Umformung. Damit eine Umformung möglich wird, müssen Spannungsunterschiede vorhanden sein; denn erst diese verursachen die zur Umformung erforderlichen Schubspannungen in den Gleitebenen.

Die Bedingung für den mehrachsigen Spannungszustand, bei dem Fließen des Werkstoffs eintritt, wird als Fließbedingung bezeichnet.

-steigende Temperatur --> sinkende Fließspannung =  Entfestigung

- bei krz (alu) :dynamische erholung :Abbau von Versetzungsaufstauungen -> keine Gefügeänderung

- bei kfz : dynamische Rekristallisationsvorgänge : Abbau der Versetzungsdichte --> Gefügeveränderung

• Zunahme der Fließspannung mit steigender Umformgeschwindigkeit infolge mangelnder Zeit für Entfestigungsvorgängen
• prinzipiell gleicher Einfluss bei allen Werkstoffen
• großer Einfluss bei warumumformung / bei kaltumformung geringer Einfluss

• Umformtemperatur
• Umformgeschwindigkeit (nur bei Warmumformung)
• Umformgrad

• Richtungsabhängigkeit der Materialeigenschaften eines Bleches(bspw. k_f,n,r) durch Vorzugsorientierung der Kristallite (Textur) -> Entstehung u.a. durch Herstellungsprozess (bspw. Walzen)
  • senkrechte Isotropie (r) : Verhältnis der Umformgrade in Breiten und Dickenrichtung einer im Flachzugversuch geprüften Zugprobe bei erin Dehnung von 20%
  • mittlere Anisotropie (r_m): dient der Festlegung eines Anisotropiewertes
  • eben Anisotropei : soll bei Tiefziehprozessen nahe Null sein wegen Zipfelbildung

Vor allem Tiefziehwerkstoffe sollten einen möglichst hohen senkrechten Anisotropiewert aufweisen um ausdünnung zu vermeiden.