Volume 55, Issue 9

During sheet metal forming of multiphase steel for automotive application, more and more often failure happens prior to necking, so that the forming limit diagram is not an appropriate measure for cold formability anymore. Alternatively, the modified Bai Wierzbicki (MBW) model can be applied since it belongs to the group of coupled continuum damage mechanics models. It considers all invariants of the stress tensor both in the yield potential and in the crack initiation criterion. In this publication the model is successfully applied to characterize the cold formability of a dual phase steel of the grade DP600. Additionally, a procedure is described which delivers the parameters of the macroscopic MBW model's damage initiation criterion by simulations of representative volume elements. In these simulations, the underlying physical mechanisms of crack initiation and propagation are quantitatively described.

Kurzfassung In hoch Mn-legierten Stählen treten in Abhängigkeit von der Stapelfehlerenergie (SFE) Verformungsmechanismen wie verformungsinduzierte Martensitbildung (TRIP), mechanische Zwillingsbildung (TWIP) und homogenes Versetzungsgleiten (SLIP) während der plastischen Umformung auf. Die SFE kann thermodynamisch berechnet und in sogenannten Mechanismenkarten grafisch dargestellt werden. Zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen Verfestigungsverhalten und Verformungsmechanismus im System Fe-Mn-C wurde zunächst die standardisierte Messtechnik im einachsigen Zugversuch mit zusätzlichen orts- und zeitauflösenden Verfahren kombiniert. Mittels Infrarot-Thermografie lässt sich das Auftreten von Dehnungsbändern infolge dynamischer Reckalterung detektieren. Der Einsatz lokaler Dehnungsanalyse auf der Probenoberfläche ermöglicht die quantitative Analyse der lokal erreichbaren Dehnung. In den sog. TORNADO-Diagrammen wird das Auftreten charakteristischer Muster in der Entwicklung der momentanen Dehnrate über der wahren Spannung zur Bestimmung der dominierenden Verformungsmechanismen genutzt. Die Oberflächentopografieänderung infolge Martensit- und Zwillingsbildung sowie prozessbedingter Einflüsse wie der Textur wurde mittels Konfokalmikroskopie untersucht.

Kurzfassung Der E-Modul gehört zu den wichtigsten Werkstoffkennwerten. Die Ermittlung soll zukünftig in einem Anhang zur DIN EN ISO 6892-1 geregelt werden. Im Rahmen einer internationalen Eignungsprüfung wurden Richtigkeit und Messunsicherheit der E-Modulbestimmung untersucht. Die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung stellte dazu besonders qualifizierte Referenzproben zur Verfügung. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anforderungen an die einzusetzenden Messgeräte hoch sind und die berechneten Unsicherheitsbudgets zu fachlich sinnvollen Werten führen.

Kurzfassung Seit einigen Jahren werden für technische Konstruktionen vermehrt hochfeste Stähle mit Werkstofffestigkeiten von bis zu 2000 MPa eingesetzt, wie z. B. in der Automobilindustrie. Für den sicheren Einsatz von hochfesten Stählen ist es notwendig, kritische Wasserstoffgehalte und Belastungen zu kennen, bei denen nicht mit einer Beeinträchtigung der mechanisch technologischen Werkstoffeigenschaften und einem Materialversagen (Delayed Cracking) zu rechnen ist. Da hochfeste Stähle bereits bei sehr geringen Wasserstoffgehalten unter Zugbeanspruchung eine verzögerte Rissbildung aufweisen können, muss eine Wasserstoffanalysetechnik eingesetzt werden, welche eine exakte und reproduzierbare Analyse des schadensursächlichen diffusiblen Wasserstoffs im Bereich kleiner 0,1 ppm unabhängig vom Gesamtwasserstoffgehalt ermöglicht. In diesem Beitrag werden ein Verfahren zur hochgenauen integralen Analyse des diffusiblen Wasserstoffgehalts (HCA-Verfahren = Hydrogen Collecting Analysis) und ein elektrochemisches Verfahren zur Analyse von diffusiblem Wasserstoff in kleinen Werkstoffbereichen vorgestellt.

Kurzfassung Zur Ermittlung der Versagensanfälligkeit von metallischen Werkstoffen bei Biege-Umformprozessen sowie von Kennwerten zur numerischen Simulation des Verformungsverhaltens dient der sogenannte Plättchen-Biegeversuch. Als Kennwert dient der beim Anriss der Probe herrschende Biegewinkel, der in der Regel aus dem aufgenommenen Stempelweg und der Geometrie der Prüfanordnung rechnerisch ermittelt wird. Bei ThyssenKrupp Steel Europe ist hierzu ein neuartiges optisches Winkelmesssystem im Einsatz, das zeitlich synchronisiert mit dem Kraft-Weg-Verlauf der Maschine den Biegewinkel kontinuierlich und direkt an der Probe bestimmt. Durch den Vergleich berechneter und gemessener Biegewinkelverläufe wird gezeigt, dass insbesondere bei Biegewinkeln über 90° deutliche Unterschiede in den Prüfergebnissen auftreten.

Kurzfassung Zur Charakterisierung und Modellierung des Verformungs- und Versagensverhaltens von Stahl-Klebverbindungen des Klebstoffs Betamate 1496V wurden Hochgeschwindigkeitsversuche mit Rohrzug-, Scherzug- und 45°-Schrägzug-Proben bei crashrelevanten Dehn-/Scherraten bis zu 10 4 s −1 durchgeführt. Die Verformung der Klebschichten bis Bruch wurde optisch mit Hochgeschwindigkeitsvideokameras erfasst und mit Grauwertkorrelationsanalyse ausgewertet. Die ermittelten Spannungs-Dehnungskurven zeigen mit zunehmender Dehnrate einen deutlichen Festigkeitsanstieg und eine Abnahme der Bruchdehnungen. Die Scherspannungskurven liegen mit steigender Scherrate ebenfalls deutlich höher, verlaufen aber zunehmend flacher, während die Scherbruchdehnungen nahezu unverändert bleiben. Dies ist auf adiabatische Temperaturerhöhung zurückzuführen. Mit einem hierfür am Fraunhofer IWM erstellten Materialmodell zur Beschreibung des dehnratenabhängigen Klebstoffverhaltens wurden für die Hochgeschwindigkeitsscherversuche Temperaturerhöhungen der Klebschicht in einer Größenordnung von 50 K berechnet. Die Simulation wurde mit den Ergebnissen der 45°-Schrägzugversuche validiert.

Kurzfassung Die Grenzformänderungskurve stellt bis heute das bewährte und etablierte Verfahren zur Bestimmung der Versagensgrenze des Werkstoffes dar und kann für nahezu alle modernen Simulationsprogramme der Blechumformung als Eingangsparameter verwendet werden. Die Qualität der FLC ist entscheidend von der Definition des Beginns der Einschnürung während der Umformung abhängig und geht auf Arbeiten von Keeler [1] und Goodwin [2] zurück. In diesem Beitrag wird dargestellt, dass besonders bei Leichtbauwerkstoffen das standardisierte Verfahren nach ISO 12004-2 [3] Schwächen aufweisen kann, wodurch Abweichungen zwischen Simulationsergebnissen und realen Umformversuchen entstehen können. Die unterschiedlichen Ansätze zur Ermittlung der FLC werden gegenübergestellt. Im besonderen Fokus stehen dabei die zeitlichen Auswertestrategien, welche aktuell auch im Rahmen der Arbeitsgruppe „Erweiterung FLC ISO 12004“ diskutiert werden.

Kurzfassung Die technologischen Eigenschaften von Halbzeugen aus Kupfer und Kupferlegierungen hängen neben der chemischen Zusammensetzung auch von den Parametern der thermo-mechanischen Herstellprozesse ab. Mess-, Prüf- und Regeltechnik dient dabei neben der Überprüfung der Qualität vor allem der Prozessoptimierung. Nach einem Überblick der üblicherweise zum Einsatz kommenden Prüftechnik werden vor allem anwendungsspezifische Prüfverfahren erläutert. Exemplarisch werden die Kontaktwiderstandsmessung an Steckverbinderwerkstoffen sowie Geräte zur Bestimmung der Biegewechselfestigkeit von Drähten in Seewasseratmosphäre vorgestellt. Zur Bestimmung des Umformvermögens der Werkstoffe ist die Messung der Fließkurve (auch temperatur- und geschwindigkeitsabhängig) von Bedeutung. Ein dafür selbst entwickelter Torsionsplastometer-Messplatz wird mit Anwendungsbeispielen beschrieben.

Estimating the fatigue life of metallic components has become an essential requirement in the industry because of the need to use light-weight constructions in conformance with stringent safety-relevant standards. However, the application of such methods for predicting the lifetime of electrochemical devices such as fuel cells is a novel approach. In this case, pertinent events and parameters, such as normal operation, open-circuit voltage, as well as starting and stopping processes, were extracted from the data determined from the measured current and voltage-time curve. For this purpose the classic counting methods, level-distribution counting and frequency counting are applied. The result thus obtained is assessed with the use of a damage parameter which describes the voltage drop as a function of time or of the number of cycles counted. Finally, the calculative estimation of the lifetime is determined by linear damage accumulation.

Kurzfassung Zur Durchstrahlung großer, dichter Objekte reichen die Energien, die mit normalen Röntgenröhren erzielt werden können, ab gewissen Schichtdicken nicht mehr aus. Als hochenergetische Strahlenquellen stehen Kobalt-60 und Elektronenbeschleuniger zur Verfügung. Als Einschränkung der Hochenergieradiografie ist der geringere Kontrast besonders beim Vorhandensein leichterer Objekte umgeben von Körpern bestehend aus schweren Elementen anzusehen. Es ist daher zu erwarten, dass Objekte aus organischen Substanzen hinter dicken Schwermetallwänden oder in Bohrungen von Metallblöcken schwer zu erkennen sind. Im Unterschied zu einem Gammastrahler wie Kobalt-60 mit den beiden Spektrallinien um 1,3 MeV besitzt die Bremsstrahlung aus einem Beschleuniger einen wesentlichen Anteil an niederenergetischer Strahlung, der fließend zu höheren Energien übergeht. Es wird hier untersucht, welche Signaturen von leichten Materialien in einer Umgebung aus Schwermetall bis zu welcher Dicke und bis zu welchem Komplexitätsgrad erkennbar sind. Mit einem Betatron (JME X-ray Betatron 7,5 MeV) und einem Matrixdetektor (Perkin Elmer XRD 1621) wurden Aufnahmen von unterschiedlichen leichten Objekten angefertigt, die zunehmend in eine Umgebung aus Schwermetallen gestellt wurden. Mit unterschiedlichen Energieeinstellungen wurde untersucht, inwieweit eine Materialerkennung hinter welcher Abschirmung möglich ist. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen, die mit einer Software zur Modellierung von Durchstrahlungsverfahren (aRTist) erzeugt wurden. Dabei wird dem Problem der Aufhärtung bei Anwendung von Bremsstrahlung Rechnung getragen. Die Ergebnisse können sowohl zur Erkennung von Fremdkörpern in Maschinen oder Pumpen als auch zur Überprüfung von Frachtladungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit und bei Zollkontrollen dienen.

Kurzfassung Der große praktische Vorteil der Rückstreuradiografie allgemein ist, dass kein Bilddetektor am Objekt auf der der Strahlenquelle gegenüberliegenden Seite aufgestellt werden muss. Dieses ist immer dann gegeben, wenn sich das Untersuchungsobjekt in oder an einer Wand befindet oder es so groß ist, dass eine Durchstrahlung aufgrund der zu durchdringenden Schichtdicken nicht infrage kommt. Von der üblichen Methode, das Objekt mit einem wandernden ausgeblendeten Einzelstrahl („Bleistiftstrahl“) abzutasten und die gesamte rückgestreute Strahlung großflächig zu registrieren, unterscheidet sich das hier verwendete Verfahren grundsätzlich. Das Objekt wird voll von einem (unkollimierten) Kegelstrahl angestrahlt. Das Bild wird mit einer Kamera aus absorbierendem Material (Wolfram, Blei) aufgenommen, die einen Matrixdetektor als Bildempfänger enthält. Die „Optik“ besteht aus einer besonders geformten Schlitzblende, die nach einem erweiterten Lochkameraprinzip arbeitet, das auch dickere Blendenmaterialschichten zulässt. Die voneinander unabhängige Positionierung von Kamera und Strahlenquellen erlaubt unterschiedliche Einstrahlgeometrien, die verschiedene Ergebnisbilder liefern. So erscheint ein komplexer Gegenstand vor einer rückstreuenden Wand völlig anders, als wenn er frei im Raum steht. Röntgenrückstreubilder müssen deshalb abhängig von ihrer „Ausleuchtung“ mit der Röntgenstrahlung und näheren Umgebung interpretiert werden.

In this study, WC-Co/NiCrBSi and Cr 3 C 2 powders were coated on surface of Al alloys (AA7075-T651, AA5083, AA2024-T4) by using HVOF (High Velocity Oxy Fuel) process. The coated samples were characterized by means of a scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX, XRD), hardness and bonding strength. These results showed that the maximum hardness and minimum surface roughness have been obtained at specimens coated with WC-Co. The bonding strengths of specimens used AA2024-T4 substrates were maximum. XRD study revealed that WC, W 2 C, C, Co, Cr 3 Ni 2 SiC, W 5 Si 3 , Cr 7 C 3 , Cr 3 C 2 , Cr, and Ni phases are present in the coatings.

Genetic algorithms have an effective search technique in a predefined research space based on natural selection theory. They use the same combination of selection, recombination, and mutation to evolve a solution to a problem. In this study, it has been demonstrated how to determine the optimal diameter, sheet thickness, and sheet width in riveted joints by means of genetic algorithms (GA). In this study the optimization of objective function for the variables in predetermined limit ranges was applied. Since the algorithms developed by this way are based on a principle to find out the best within a range like genetic process, it is becoming possible to predict the most suitable values for riveted junction dimensions in the defined limit range. The algorithms were restrained considering rivet diameter, thickness and width of the sheet, shear strength, tensile strength, and tear hazard of the sheet.

Laser welding, perhaps the most prominent tool for modern manufacturing systems, enable the performance of safe and sound weldments with operational reliability. Thus, the use of lasers provides economical efficiency via quantitative increase of production with quality improvement, and shortening the required welding process time. Laser welding can readily be used at pulsed and continuous mode with assisted systems. It may be time for a paradigm shift and for an exploration of new viewpoints with regarding its distinctive features. In the present investigation, we go beyond current classical approach by presenting novel features of laser welding included in these experiments. Thus, the purpose of this manuscript is to consolidate a proposal for reducing the time for pulsed laser welding with a novel design approach which can be called “vertical dimensions”. This method can facilitate the human processes of making decisions for setting unknown parameters and shorten their process time by actively reducing operations with creating a unique approach. We characterize our resultant weld morphology of laser welds as a function of these vertical dimensions.