Courseware / Vorlesungsmaterial Professor Dierk Raabe Max-Planck-Institut für Eisenforschung, Düsseldorf, Germany

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Manuela Fuhrmann
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1 Courseware / Vorlesungsmaterial Professor Max-Planck-Institut für Eisenforschung, Düsseldorf, Germany Methoden der theoretischen und experimentellen Untersuchung der plastischen Dehnung auf Kornebene Abteilung für Mikrostrukturphysik und Umformtechnik

2 Anisotropieeinfluss - Kleinstbauteile Homogenisierungstheorie Keimbildung Experimentelle Nanomechanik Motivation

3 EBSD Photogrammetrie Strain Mapping FEM-Netz FEM-Simulation Überblick

4 EBSD EBSD Channel Die Photogrammetrie Channel Die Channel Die EBSD Experimente

5 Probenmaterial Probenpräparation 5000µm Lichtmikroskopische Gefügeaufnahme 99,9% Al kolumnare Kornstruktur (quasi 2D) d 3.5mm stochastischer Farbauftrag 5mm REM-Aufnahme 5000µm 100µm Probenvorbereitung

6 Kontrollierter makroskopischer Dehnratentensor Stabile Probengeometrie Simulation der Walzverformung Festkörperschmierung Dehnrate: 1,7*10-5 s -1 Prüfkraft: 2-3 kn Stempel Probe 100mm 50mm Channel Schrauben x z y 50mm 3mm 50mm 100mm Stauchversuche

Pixelumgebung Bestimmung des Verschiebungsfeldes Berechnung der

7 Segmentweiser Musterabgleich Virtuelles Gitternetz Identifikation durch Grauwertverteilungen innerhalb def. Pixelumgebung Bestimmung des Verschiebungsfeldes Berechnung der Mikrodehnungsverteilung Annahme: Die Grauwertverteilung einer definierten Pixelumgebung bleibt während der Verformung konstant Dehnungsanalyse

8 Messstand zur Verschiebungsfeldmessung

9 Unverformter Zustand Korngrenzen > 15 Korngrenzen >5 Nach 13% Verformung Orientierungsmikroskopie

10 3% 8% 5mm 5mm 5mm 13% 10% y z x Maximale Hauptformänderung

11 3% 8% 13% y z x minimale Hauptformänderung

12 3% 8% 13% y z x Dehnung in x-richtung (ε xx )

13 3% 8% 13% y z x Dehnung in y-richtung (ε yy )

14 3% 8% 13% y z x Vergleichsdehnung nach von Mises

15 3% 8% 13% y z x Scherdehnung

16 maximale Hauptformänderung minimale Hauptformänderung Vergleichsdehnung nach von Mises Scherdehnung EBSD und Strain Mapping nach 13% Höhenabnahme

17 y z x Abbildung der EBSD-Daten in ein FEM-Netz

18 Kontinuums-FEM-Rechnungen Kristallplastizitätsrechnungen µ=0.0 µ=0.001 µ=0.1 µ=0.1 y z µ=0.2 µ=0.2 x Ergebnisse der FEM-Simulationen

19 Kontinuums-FEM-Rechnung Kristallplastizitäts-FEM-Rechnung µ = 0.0 µ = µ = 0.1 µ = 0.1 y µ = 0.2 z x µ = 0.2 Ergebnisse der FEM-Simulationen

20 0% Verformung 3% Verformung 8% Verformung 15% Verformung Reibung = 0.2 Kristallplastizitäts-FEM-Rechnung (konstante Reibung)

21 13% Kontinuums-FEM-Rechnung (µ = 0,2) Kristallplastizitäts-FEM-Rechnung (µ = 0,1) Kristallplastizitäts-FEM-Rechnung (µ = 0,2) Vergleich Experiment - Theorie

22 Kontinuums-FEM-Rechnungen Kristallplastizitätsrechnungen µ=0.0 µ=0.01 von Mises Dehnung µ=0.1 µ=0.2 µ=0.1 µ= Ergebnisse der FEM-Simulationen

23 Vergleichsdehnung nach von Mises Darstellung als Höhenlinien 8% Höhenabnahme µ = 0.2 Kontinuums-FEM-Rechnung Kristallplastizitäts-FEM-Rechnung Ergebnisse der FEM-Simulationen

24 makromechanischer Taylorfaktor lokal γ ε vm global mikromechanischer Taylorfaktor lokal γ ε vm lokal Ergebnisse der FEM-Simulationen

25 Differenz KPFEM FEM (8% Höhenabnahme, µ=0,2) Ergebnisse der FEM-Simulationen

26 Kristallheterogenität schon bei geringer makroskopischer Vreformung Heterogenität ist wesendlich ausgeprägter als aus Taylortheorie erwartet Kontinuumsmechanik - Geometrieeinfluss Kristallkinematik - Taylor Faktor Versetzungsdynamik Korngrenzeneffekte Qualitative Analyse nur in Zusammenhang mit FEM-Simulationen sinnvoll Normierung auf lokale Dehnungen ist wesendlich Diskussion

27 D. Raabe, M. Sachtleber, Z. Zhao, F. Roters, S. Zaefferer: Acta Materialia 49 (2001) , Micromechanical and macromechanical effects in grain scale polycrystal plasticity experimentation and simulation M. Sachtleber, Z. Zhao, D. Raabe: Materials Science and Engineering A 336 (2002) 81 87, Experimental investigation of plastic grain interaction D. Raabe, M. Sachtleber, H. Weiland, G. Scheele, and Z. Zhao: Acta Materialia 51 (2003) Grain-scale micromechanics of polycrystal surfaces during plastic straining S. Zaefferer, J.-C. Kuo, Z. Zhao, M. Winning, D. Raabe: Acta Materialia 51 (2003) On the influence of the grain boundary misorientation on the plastic deformation of aluminum bicrystals Literatur zum Thema

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