Comparability of structured and flat reference specimens made of thin sheet metal

Fedor Kazak; Sabine Weiß

doi:10.3139/120.110748

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Comparability of structured and flat reference specimens made of thin sheet metal

Fedor Kazak and Sabine Weiß

Published/Copyright: May 15, 2015

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From the journal Materials Testing Volume 57 Issue 6

Abstract

The literature review reveals that the honeycomb-structured thin sheet metals are not adequately investigated with regard to their fatigue strength. A question that remains almost completely ignored in the process is the direct comparability of structured thin sheet metals with flat reference specimens. A thin sheet is not a classic specimen to determine the fatigue strength because of the known problem of the fracture mechanics. Structured thin sheet metals of deep-drawing steel DC04 with a thickness of 0.5 mm were examined. Flat specimens were used as reference material. The frequency analysis was used for comparison. Fundamental differences in the mechanical behavior between flat and structured sheets under cyclic load were observed. Whereas an extremely flat S-N curve in the low-cycle region with a high slope coefficient was observed for the smooth thin sheets, the structured specimens show a curve typical for notched specimens. Moreover, the smooth sheets have a specific cyclic hardening and/or softening behavior. The state of plane stress of a fine sheet in contrast to a multi-axial one for the structured sheet complicates the direct comparison. For this reason, such a comparison with respect to their fatigue strength in the Wohler diagram should only be considered with caution. This contribution is the second of a series of articles on this subject.

Kurzfassung

Die Literaturrecherche hat gezeigt, dass wabenstrukturierte Feinbleche bezüglich ihrer Dauerfestigkeit nicht ausreichend untersucht wurden. Es besteht Nachholbedarf in der Entwicklung von Prüfmethoden für strukturierte Proben. Eine Frage, die dabei bisher fast komplett unberücksichtigt blieb, ist die Berechtigung des direkten Vergleichs eines strukturierten Feinbleches mit einer glatten Referenzprobe. Ein Dünnblech ist keine klassische Probe zur Bestimmung der Dauerschwingfestigkeit auf Grund des bekannten bruchmechanischen Problems. Untersucht wurden strukturierte Feinbleche aus dem Tiefziehstahl DC04 mit einer Dickevon 0,5 mm. Als Referenzmaterial wurden glatte Proben herangezogen. Die Frequenzanalyse wurde zu Vergleichszwecken eingesetzt. Es wurden prinzipielle Unterschiede im Verhalten zwischen glatten und strukturierten Blechen unter schwingender Belastung festgestellt. Während die glatten Feinbleche einen abgeflachten Verlauf mit hohem Neigungskoeffizient haben, zeigen die strukturierten Proben einen für gekerbte Proben typischen Verlauf. Die glatten Bleche weisen spezifische zyklische Verfestigungs- und/oder Entfestigungseffekte auf. Befindet sich das Feinblech im ebenen Spannungszustand, erschwert dies den direkten Vergleich von strukturierten Blechen mit glatten Blechen. Aus diesem Grund ist der Vergleich der beiden Blechtypen bezüglich der Dauerschwingfestigkeit im Wöhler-Diagramm nur bedingt möglich. Dieser Beitrag ist der zweite aus einer Serie zu diesem Thema.

§Correspondence Address, Dr.-Ing. Fedor Kazak, Prof. Dr.-Ing. Sabine Weiß, BTU Cottbus-Senftenberg, Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik, Konrad-Wachsmann-Allee 17, 03046 Cottbus, E-mail: fedor.kazak@tu-cottbus.de, sabine.weiss@tu-cottbus.de

Dr.-Ing. Fedor Kazak, born in 1975, studied “Physical Metallurgy and Thermal Treatment of Metals” at Volgograd State Technical University, Russia. He finished his Dr.-Ing. in the field of materials science and engineering at the Brandenburg Technical University of Cottbus-Senftenberg in 2015. His professional experience includes analytical and mechanical characterizations of metal-based materials. Currently, he is Executive Employee in Quality Assurance/Working Process at HWL Löttechnik GmbH, Berlin, Germany.

Prof. Dr.-Ing. Sabine Weiß, born in 1964 in Germany, received her Dipl.-Ing. in Physical Metallurgy and Materials Science from the Technical University (RWTH) of Aachen, Germany in 1990. She completed her Dr.-Ing. in Materials Science and Engineering from the same university in 1997. As Head of the fatigue group in the Institute of Product Engineering, Chair for Materials Science of the University Duisburg-Essen, she completed her Priv.-Doz. in Materials Science and Engineering in 2007. During that time, her research included the fields of texture analysis, grain growth, fatigue and microstructure analysis. At present, she is Professor for Materials Science at the Brandenburg Technical University of Cottbus-Senftenberg, Germany and Head of the Chair of Physical Metallurgy and Materials Science. Her research lies within the fields of fatigue, erosion wear, mechanical behavior of structured sheet metals and corrosion of technical metallic materials.

References

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Published Online: 2015-05-15

Published in Print: 2015-06-01

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https://doi.org/10.3139/120.110748