FORSCHUNGSSCHWERPUNKT
COMET K2 MPPE
Strategisches
Forschungsprojekt
www.mcl.at
39
A 5.2
Um die Spannungsumlagerung aufgrund zyklischer Plastifizierung in den FE-Model-
len abbilden zu können, wird das modular aufgebaute phänomenologische Plastizi-
tätsmodell nach Chaboche verwendet. Bei diesem Modell muss eine beträchtliche
Anzahl von Parametern an den jeweiligen Anwendungsbereich angepasst werden. Es
wird daher sowohl an einem universellen Modell für Werkzeugstähle mit den Para-
metern Härte und E-Modul als auch an einem physikalisch basierten und auf kristall-
plastischen Ansätzen beruhenden makroskopischen Materialmodell gearbeitet.
Bei hochbelasteten Werkzeugen liegt der Hauptteil der Standzeit in der Ausbreitung
von Rissen mit Anfangsrisslängen von einigen Mikrometern, die teilweise schon bei
der Werkzeugherstellung oder in den ersten Belastungszyklen entstehen, bis zu einer
Länge von mehreren zehn Mikrometern. Bei Rissen in dieser Größenordnung spielt
der Aufbau von plastischem Rissschließen und die Wechselwirkung mit den karbi-
dischen Phasen im Werkzeugstahl eine wesentliche Rolle. Diese Effekte werden für
unterschiedliche Materialien experimentell untersucht, um daraus bruchmechanisch
basierte Lebensdauermodelle abzuleiten.
Das strategische Projekt stellt numerische Methoden zur Auslegung von Umform-
und Schneidewerkzeugen für verwandte Projekte bereit. Das Know-how in den zent-
ralen Themenfeldern des MCL – Materialmodellierung und bruchmechanisch basier-
te Lebensdauerberechnung – wird durch dieses Projekt weiter gesteigert.
Das Projekt wird in Kooperation mit dem Erich Schmid Institut der Österreichischen
Akademie der Wissenschaften, dem Institut für Mechanik der Montanuniversität Le-
oben, dem Institut für Werkstoff- und Schweißtechnik der TU Graz und dem Centre
des Matériaux der Ecole des Mines de Paris in Evry, Frankreich, durchgeführt.
Abb.: Stufen der Materialermüdung in Umformwerkzeugen - a) Zyklische plastische Verformung infolge Prozessbelastung; b) Aufbau von
Eigenspannungen zufolge lokaler zyklischer Plastifizierung; c) Rissinitiierung durch z. B. Karbidbruch findet teilweise schon im ersten
Belastungszyklus statt; d) Das Wachstum von kurzen Rissen von 5
μ
m bis 20
μ
m entscheidet über die Standzeit der Werkzeuge; e) Instabile
Rissausbreitung führt zu Ausbrüchen bzw. zum Versagen des Werkzeugs
Werkzeugverformung
Eigenspannungsaufbau
b)
(
Kurz-)Risswachstum
64.130
LW
Rissinitiierung
12.130
LW
a)
Werkzeugversagen
e)
d)
c)