Zum Verformungsverhalten der Magnesiumknetlegierung AZ31 unter homogener und inhomogener Belastung

Angebote / Angebote:

Durch die Verknappung fossiler Energieträger und den politischen Druck zur Emissionsreduzierung steigt die Nachfrage der Transportindustrie nach Einsparpotenzialen zur Ge-wichtsreduzierung [1-4]. Auch im Hobby- und Elektroniksektor nimmt das Interesse an innovativen Leichtbauwerkstoffen zu [5, 6]. Magnesium ist das leichteste großtechnisch einsetzbare Konstruktionsmetall. Mit seiner Dichte von 1, 74 g/cm³, ergibt sich nach Düring et al. [7] ein rein rechnerischer Gewichtsvorteil gegenüber Stahl von ca. 75 % und gegenüber Aluminium von ca. 35 %. Trotz der geringen Dichte und der hohen spezifischen Steifigkeit und Festigkeit, insbesondere bei der Biegebeanspruchung, ist die Anwendung von Magnesium in der Luft- und Automobilindustrie vergleichsweise gering [3, 5, 7]. Die häufigsten Anwendungen sind auf Magnesiumguss beschränkt [6, 8], obwohl Magnesiumknetlegierungen bessere mechanische Eigenschaften im Hinblick auf die Streckgrenze, Festigkeit und Bruchdehnung aufweisen [4]. Zudem besteht die Möglichkeit dünnwandige oder auch lange Strukturen herzustellen. Die geringe Anwendung von Magnesiumknetlegierungen ist zum einen auf die ungenügende Korrosionsbeständigkeit und zum anderen auf die schlechte Umformbarkeit bei Raumtemperatur zurückzuführen [1, 9]. Da Magnesium aufgrund der hexagonalen Kristallstruktur keine fünf unabhängigen Gleitsysteme bei Raumtemperatur zur Verfügung stehen, ist die mechanische Zwillingsbildung ein wesentlicher Verformungsmechanismus. Die mechanische Zwillingsbildungermöglicht die Verformung in nur eine Richtung. Das bedeutet, je nach Entnahmerichtung lässt sie sich nur unter Zug- oder Druckbeanspruchung aktivieren [8, 10]. Bedingt durch den Herstellungsprozess, weisen die Magnesiumknetlegierungen eine Vorzugsorientierung der Basalebenen parallel zur Strangpress- bzw. Walzrichtung auf, was zu einem asymmetrisches Verformungsverhalten unter Zug- und Druckbeanspruchung führt [9, 11]. Zur Verbesserung der Umformprozesse für Magnesiumknetlegierungen, um unter anderem die Herstellungskosten zu minimieren, werden geeignete Prozessparameter benötigt. Dazu bedarf es einer genauen Kenntnis der umformrelevanten Werkstoffeigenschaften. Daher besteht in der Forschung ein großes Interesse die Verformungseigenschaften von Magnesiumknetlegierungen besser zu verstehen. Nach Agnew und Nie [12] gibt es vier große Forschungsfelder, die bearbeitet werden müssen, um die Anwendungsmöglichkeiten für Magnesiumknetlegierungen zu erweitern. Dabei ist ein wichtiger Punkt, die Verformungsmechanismen bei unterschiedlichen Belastungshöhen und Wechsel der Belastungsrichtung zu verstehen und zu modellieren, wobei ein besonderer Fokus auf der mechanischen Zwillingsbildung liegt. Das Ziel dieser Arbeit ist, das makroskopische Verhalten der Zwillingsbänder, die ähnlich wie ein Lüdersband durch die Probe verlaufen, zu analysieren. Dazu wurde das Verformungsverhalten der gewalzten Magnesiumknetlegierung AZ31 unter homogener und inhomogener Belastung bei Raumtemperatur untersucht. Im ersten Teil der Arbeit liegt der Fokus auf der Untersuchung des Ausbreitungsverhaltens der makroskopischen Zwillingsbänder bei quasi-statischer Beanspruchung. Es wurden unterschiedliche Belastungszustände hergestellt, um den Einfluss der Zwillingsbänder auf das Verformungsverhalten mit Hilfe der Lichtmikroskopie und röntgenographischen Texturanalyse zu ermitteln. Darüber hinaus erfolgten in-situ-Versuche mit Hilfe der Digital Image Correlation (DIC), um das Wachsen des Zwillingsbandes sowie dessen Rückbildung bei zyklischer Beanspruchung mit dem resultierenden Spannung-Dehnung-Verlauf und den gewonnenen Erkenntnissen aus den ex-situ-Versuchen zu korrelieren. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Verformungsverhalten bei Biegebeanspruchung untersucht. Dabei lag das Hauptaugenmerk auf der Analyse des Zusammenhangs zwischen der Ausbreitung der Zwillingsbänder über der Biegehöhe und der Verschiebung der neutralen Ebene. Dazu wurden Probenzustände für unterschiedliche Belastungshöhen und Biegezyklen generiert, die mit Hilfe der Lichtmikroskopie und der röntgenographischen Eigenspannungsanalyse hinsichtlich ihrer mikrostrukturellen Änderungen charakterisiert wurden. Des Weiteren wurden auch in-situ-Versuche mit Hilfe der DIC durchgeführt. Da sich bei der Biegebeanspruchung ein sehr komplexes Verformungsverhalten einstellt, wurde in dieser Arbeit versucht, den Verlauf der wahren Spannungen über der Biegehöhe aus quasi-statischen Versuchen abzuleiten, um das Verformungsverhalten bei der Biegebeanspruchung besser zu verstehen.