Anfangsverformungs- und Alterungsverhalten von Dual-Phasen Stahl

Effekte auf Gitterebene (Versetzungen) aus der Verformungsinkompatibilität zwischen weicher
Matrix und harten Inklusionen. Aufgrund der stark unterschiedlichen Verformungen
der beiden Konstituenten bilden sich in der weicheren Phase (Ferrit) starke Verformungsgradienten
aus, dies bedeutet die Bildung von hohen Versetzungsdichten nahe der Inklusionen
( geometrically necessary dislocations“) wodurch es zu einer sehr hohen Verfestigung des
”
Ferrits kommt [2]. In der Simulation ist die Versetzungsbildung nicht abgebildet.
Erdogan et al. [30] haben in Experimenten eine unterschiedliche 0,2 %-Dehngrenze für Druckund
Zugbelastung an Dual-Phasen Stählen gemessen. Dies steht im Widerspruch zu den
hier angestellten Berechnungen. Sie führen den Unterschied auf einen mean tensile residual
”
stress“ in der Ferrit-Matrix zurück. Da in der Matrix im Mittel Zugspannungen überwiegen,
soll die Dehngrenze bei Zugbelastung früher erreicht sein, da aufgrund der Vorspannung in
der Matrix eine geringere äußere Last ausreicht, um in der Matrix Fließen hervorzurufen.
Diese Annahme wird durch die Simulationsrechnungen nicht bestätigt: Der frühe Fließbeginn
des Verbundes ist, wie von Chen et al. [18] angenommen, Folge von Druckspannungen
in der Matrix. So sind die von Erdogan et al. [30] festgestellten Unterschiede in den Zugund
Druckversuchen auch sehr gering. Dies wird auf eine nicht näher beschriebene alterungsbedingte
Spannungsabnahme in der Matrix zurückgeführt, leider fehlen Angaben zum
Alter der Proben.
Zu der Beantwortung der Frage, ob sich bei Raumtemperatur im Dual-Phasen Stahl so
genannte Niedrig-Temperatur Karbide ausscheiden, wie z. B. von De [25] festgestellt, tragen
die hier ermittelten Ergebnisse nur bedingt bei. Nachdem Cottrell und Bilby [20] davon
ausgegangen sind, dass eine Versetzung auf einer zu ihr senkrecht stehenden Atomebene nur
etwa 1 bis 2 Kohlenstoffatome fangen kann, wurde bereits früh aufgrund von Messungen, die
etwa 10-15 Atome ermittelten, angenommen, dass sich Kohlenstoff in Versetzungsnähe als
Karbid ausscheidet [79]. Inzwischen ist bekannt, dass Versetzungen wesentlich mehr Atome
fangen können [19] ohne dabei Karbide zu bilden. Die bei thermischen Behandlungen um
etwa 200 ◦ C gebildeten ε-Karbide werden bei Raumtemperatur sicher nicht ausgeschieden [1,
25]. Als Beweis für die Bildung der Niedrig-Temperatur Karbide wird von De [25] die
unterschiedliche Zunahme der 0,2%-Dehngrenze bei unterschiedlichen Alterungsbedingungen
angeführt. Diese Größe ist aber schon für den tatsächlichen Fließbeginn u. U. wenig
aussagekräftig [49]. Es bleibt festzustellen, dass für die Abnahme an freiem Kohlenstoff in der
Matrix, wie sie in Drehpendel-Versuchen festgestellt wird, keine Karbid-Bildung notwendig
ist.
In dieser Arbeit wurde das Verformungsverhalten von Dual-Phasen Stahl am Beginn der
plastischen Verformung untersucht. Das Materialverhalten bei der Entlastung ist allerdings
in Hinblick auf die Berechnung von Tiefziehprozessen auch beachtenswert: Der Entlastungsast
folgt im Diagramm eines Zugversuchs keineswegs einer Geraden sondern biegt von der
Geraden, der er zu Beginn folgt, ab [92]. Dieses Verhalten kann Probleme bei der Vorhersage
des Spring-Back-Effekts beim Tiefziehen bereiten. Bekannt ist, dass Stahl bei einer Wieder-
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