Dynamische Rekristallisation unter konstanten und transienten Umformbedingungen

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Beschreibung

In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen der dynamischen Rekristallisation (DRX) unter konstanten und transienten Umformbedingungen im austenitischen Stahl Alloy 800H durchgeführt. Dabei wurde der Einfluss der Dehngeschwindigkeit und der Temperatur auf das mechanische Verhalten, die Mikrostruktur- und Textur¬entwicklung analysiert.
Die Mikrostrukturuntersuchung bei konstanten Umformbedingungen zeigte, dass sich im stationären Bereich eine konstante Korngröße d einstellt, die abhängig ist von der stationären Fließspannung gemäß eines Potenzgesetzes der Form , woraus sich eine gute Übereinstimmung des phänomenologischen Zusammenhanges mit Literaturwerten ergibt (Luton und Sellars 1969, Derby et al. 1991).
Die Untersuchung der Texturentwicklung ergab, dass sich zunächst die für kubisch-flächenzentrierte Metalle während der Stauchverformung typische (110)-Fasertextur ausbildet. Nach dem Einsetzen der DRX nimmt die maximale Intensität in der inversen Polfigur ab, die Ursache dafür sind die Entstehung neuer Orientierungen und die verstärkt auftretende Zwillingsbildung, die für Metalle mit niedriger Stapelfehler¬energie typisch ist. Im stationären Bereich wurde schließlich eine schwache (100)-Fasertexturkomponente gefunden. Durch Simulation mit Hilfe des am Institut für Metallkunde und Metallphysik (IMM) entwickelten Texturmodells “GIA” wurde konnte nachgewiesen werden, dass die Gitterrotation der (100)-Komponente während der Verformung im Vergleich zu anderen Orientierungen langsamer ist, so dass es zu einer Stabilität dieser Lage kommt, die die Einstellung einer vollständig regellosen Textur verhindert.
Die Experimente unter transienten Bedingungen, bei denen während der DRX Dehn¬geschwindigkeitswechsel durchgeführt wurden, zeichnen sich durch ein charakteris¬tisches mechanisches Verhalten aus, das sich in drei Bereiche gliedert. In Bereich I erfolgt eine unmittelbare, instantane Fließspannungsänderung, die auf die Störung des stationären, dynamischen Gleichgewichtes zurückzuführen ist und die Dehngeschwin¬digkeitsabhängigkeit der Mikrostruktur widerspiegelt. Im Anschluss an den Flie߬spannungssprung wird in Bereich II ein Übergangsbereich durchlaufen, in dem ein Spannungsmaximum auftritt, das im Vergleich zu Versuchen unter konstanten Bedin¬gungen bei niedrigeren Werten von Spannung und Dehnung erreicht wird. Dieses Ver¬halten wird durch die Inhomogenität der Mikrostruktur verursacht, die nach dem Dehngeschwindigkeitswechsel aus Bereichen unterschiedlicher gespeicherter Ver¬formungsenergie besteht. In Bereich III ist schließlich der stationäre Bereich erreicht, in dem sich erneut das dynamische Gleichgewicht eingestellt hat. Die stationären Werte der Fließspannung und Korngröße entsprechen denen, die sich bei Versuchen mit über den gesamten Dehnungsbereich konstanten Umformparametern ergeben und sind demnach unabhängig von der “Umformgeschichte”, sondern werden allein durch die momentanen Umformbedingungen bestimmt.
Aus dem transienten Verhalten und der resultierenden Abweichung vom Gleich¬gewichtszustand kann eine Korrelation der beim instantanen Fließspannungssprung auftretenden Spannungsdifferenz und der Korngröße d berechnet werden, die eine Abhängigkeit ergibt und damit auf einen Zusammenhang hinweist, der einen Einfluss der Substruktur aufzeigt. Durch Ableitung der transienten Fließkurven und Auftragung der Verfestigungsrate  über der Spannung  zeigt sich im Vergleich zu konstanten Parametern eine deutlich schnellere Abnahme der Verfestigungsrate. Im Bereich des Maximums (für   0) sind die Verfestigungsraten der Kurven bei konstanten und transienten Bedingungen gleich; das bedeutet, dass in beiden Fällen offenbar die gleichen Mechanismen aktiv sind. In diesem Zusammenhang konnte durch Simulationen mit Hilfe des am IMM entwickelten und für die DRX modifi¬zierten Verfestigungsmodells “3-IVM” gezeigt werden, dass sich die Verfestigungsrate mit Hilfe eines auf den Versetzungsdichten der Verformungsstruktur basierenden Modells beschreiben lässt. Der Bereich V der Verfestigungskurve wird dabei auf einen auf Erholungsvorgängen der verformten Substruktur basierenden Übergang der Zell¬wände zu beweglichen Subkorngrenzen zurückgeführt.
Insbesondere anhand der Ergebnisse des transienten Verhaltens konnte damit gezeigt werden, dass die Mechanismen im stationären Bereich der DRX mit der Subkorngröße korreliert sind und in enger Beziehung zur Entwicklung der Substruktur stehen.