"Mehraxiale Plastizität in texturierten Magnesiumstrukturen"

Das Forschungsprojekt "Mehraxiale Plastizität in texturierten Magnesiumstrukturen" wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und den Fonds für wissenschaftliche Forschung, Österreich (FWF) innerhalb des Förderprogramms D-A-CH finanziert (Projektnummer 438040004). Das internationale Förderprogramm ermöglicht die Beantragung von grenzüberschreitenden Forschungsprojekten zwischen Deutschland, Österreich und Schweiz. DFG - GEPRIS-Link...

Magnesiumlegierungen werden aufgrund ihrer hohen spezifischen statischen und zyklischen Festigkeiten, der hohen Verfügbarkeit und wirtschaftlichen Herstellung immer wichtiger für Leichtbaustrukturen und einhergehende Material- und Energieeinsparungen. Allerdings ergibt sich durch das hexagonale Kristallsystem und der basalen Textur von gießgewalzten Magnesiumfeinblechen ein komplexes Verformungsverhalten, das noch nicht ausreichend erforscht ist.

Neuere Studien zu texturierten Mg-Knetlegierungen unter statischen und zyklischen einaxialen Beanspruchungen sowie Biegebeanspruchungen zeigen, dass aufgrund der im Druckbereich auftretenden Gruppierung von Zwillingen stark lokalisierte Dehnungsfelder resultieren. Diese sogenannten makroskopischen Bänder verzwillingter Körner, in denen die Druckdehnung um ein Vielfaches höher ist als außerhalb, haben einen großen Einfluss auf das mechanische Verhalten. Aktuelle phänomenologische Stoffgesetze können diese diskontinuierlichen Dehnungsfelder nicht abbilden. Zudem fehlen aufgrund der Komplexität von biaxialen Druckversuchen experimentelle Daten für die Charakterisierung der Fließfläche im biaxialen Druckspannungsbereich.

Durch mechanische Versuche und Mikrostrukturanalysen von gießgewalztem AZ31B sollen die Zusammenhänge zwischen mikrostrukturellen Deformationsmechanismen und dem makroskopischen Fließ- und Ermüdungsverhalten unter mehraxialen Beanspruchungen erforscht werden. Dies soll das Verständnis über das mechanische Verhalten von Magnesium wesentlich steigern und es ermöglichen das elastoplastische Deformationsverhalten von sowohl aktuell in der Industrie verwendeten als auch neu entwickelten Mg-Legierungen zu modellieren.

Die Versuche beinhalten biaxiale quasistatische und zyklische Tests, in-situ ein- und zweiaxiale Drucktests im Rasterelektronenmikroskop (REM) sowie Eindringversuche. Die Mikrostruktur wird durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Elektronenrückstreubeugungsmessungen (EBSD) charakterisiert. Der Schwerpunkt liegt auf Initiierung, Wachstum und Verteilung von Zwillingen und deren Wechselwirkung mit anderen Defekten wie Korngrenzen und Ausscheidungen.

Auf Basis dieser komplementären Untersuchungen wird die gesamte Fließfläche für die Mg-Knetlegierung erstellt und das Verfestigungsverhalten charakterisiert. Die Ergebnisse werden für die Entwicklung eines elastoplastischen Stoffgesetzes für FEM-Simulationen verwendet, um Spannungs- und Dehnungsfelder zu berechnen und ein Ermüdungsmodell für zyklische biaxiale Beanspruchungen zu entwickeln.

Beteiligte Personen

Dr. Whitmore ist Spezialist für Mikrostrukturanalysen und –versuche. Er arbeitet an der Paris Lodron Universität Salzburg (PLUS) und wird die neue TEM-Einrichtung verwenden. Die Entwicklung und Durchführung der biaxialen Versuche sowie die numerische Modellierung des elastoplastischen Materialverhaltens wird am Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut (LLK) von Herrn Nischler und Prof. Huber durchgeführt. Prof. Huber ist ein anerkannter Forscher in den Bereichen Werkstoffmodellierung und Leichtbau und leitet das Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut.  Als ausgewiesener Werkstoffwissenschaftler unterstützt Herr Prof. Saage (LLK) das Forschungsprojekt im Bereich der Werkstoffanalytik.