Größeneffekte auf die mechanischen Eigenschaften – Experiment und Simulation
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Beschreibung
In vielen Bereichen, wie zum Beispiel der Elektronik und Medizintechnik, gibt es Bestrebungen zur Miniaturisierung von Bauteilen. Die Eigenschaften des Materials und der Fertigungsprozesse sind jedoch größenabhängig, wobei eine Vielzahl von Mechanismen wechselwirken. Ein Beispiel hierfür betrifft die Änderung der Fließspannung bei Skalierung der Relation Korngröße: Probengröße, was Gegenstand dieser Arbeit ist.
Wenn die Korngröße in die Größenordnung der Probenabmessungen kommt, verformen sich die Proben nicht mehr homogen, sodass eine makroskopische Betrachtung nicht mehr genügt. Das Verformungsgeschehen wird deshalb lokal erfasst, wofür Charakterisierungsmethoden entsprechend weiterentwickelt wurden. Mittels Orientation Gradient Mapping (OGM) können an Zug- und Tiefziehproben signifikante Unterschiede in der mikrostrukturellen Entwicklung zwischen den untersuchten Materialien (Fe-3%Si (krz) und Cu (kfz)) festgestellt werden. Es zeigt sich außerdem eine Zunahme der lokalen Verfestigung mit Abnahme der Korngröße. Die Annahme, dass das Material in der Nähe der Korngrenze stärker verfestigt als im Korninnern, konnte nicht bestätigt werden.
Zur Modellierung des Größeneinflusses auf die anfängliche Fließspannung wird eine effiziente Vorgehensweise vorgeschlagen, welche auf einem einfachen Werkstoffmodell basiert. Damit können die anfängliche Fließspannung und Fließorte in guter Übereinstimmung mit dem Experiment vorhergesagt werden. Die statistische Variante des Modells erlaubt eine Betrachtung des Streuverhaltens und eine Abschätzung des maximal zu erwartenden Größeneffekts. Vergleiche mit Experimenten zeigen eine gute Übereinstimmung.
Autor*in
Mark Henning
Themen in »Größeneffekte auf die mechanischen Eigenschaften – Experiment und Simulation«
Materialmodellierung Materialwissenschaft Metalle Plastizität Werkstofftechnik