DE102020005670A1

DE102020005670A1 - Process and device for the production of samples from metallic materials with known plastic pre-strains for material characterization

Info

Publication number: DE102020005670A1
Application number: DE102020005670.9A
Authority: DE
Inventors: Felix Kolpak; Oliver Hering; A. Erman Tekkaya
Original assignee: Technische Universitaet Dortmund
Current assignee: Technische Universitaet Dortmund
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Proben (6) aus metallischen Werkstoffen mit bekannten plastischen Vordehnungen für die Werkstoffcharakterisierung, bei denen der Werkstoff mittels Fließpressen einer bekannten Dehnung ausgesetzt wird. Hierbei wird ein unverformtes Blech (3) zwischen zwei metallische Stützelemente (2) eingebracht und von den metallischen Stützelementen (2) gestützt gemeinsam mit den metallischen Stützelementen (2) mittels Fließpressen (5) umgeformt, das umgeformte Blech (3') nach der Fließpressumformung (5) aus den metallischen Stützelementen (2) entnommen wird, und anschließend aus dem umgeformten Blech (3') Blechproben (6) entnommen und Werkstoffeigenschaften der Blechproben (6) mittels Methoden zur Werkstoffcharakterisierung ermittelt werden. Weiterhin wird eine entsprechende Vorrichtung vorgeschlagen.

The invention relates to a method for producing samples (6) from metallic materials with known plastic pre-strains for material characterization, in which the material is subjected to a known elongation by means of extrusion. Here, an undeformed metal sheet (3) is placed between two metal support elements (2) and, supported by the metal support elements (2), is formed together with the metal support elements (2) by means of extrusion (5), the formed metal sheet (3') after extrusion forming (5) is removed from the metallic support elements (2), and then sheet metal samples (6) are taken from the formed sheet metal (3') and material properties of the sheet metal samples (6) are determined using methods for material characterization. A corresponding device is also proposed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Proben aus metallischen Werkstoffen mit bekannten plastischen Vordehnungen für die Werkstoffcharakterisierung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 10.The invention relates to a method for the production of samples from metallic materials with known plastic pre-strains for material characterization according to the preamble of claim 1 and a device suitable for carrying out the method according to the preamble of claim 10.

Die Bestimmung der mechanischen Werkstoffeigenschaften, die sog. Charakterisierung, ist für die Auslegungen und Berechnungen von Bauteilen in vielen Bereichen der Industrie sehr wichtig. Sogenannte Fließkurven als sehr wichtiger Werkstoffparameter beschreiben dabei etwa den Zusammenhang zwischen positiven Zug- oder negativen Druck-Dehnungen und der im Werkstoff eingebrachten Spannung. Bei metallischen Werkstoffen ändert sich allerdings nach einer primären Verformung in eine Richtung die Elastizitätsgrenze in die andere Richtung (sog. BauschingerEffekt).The determination of the mechanical material properties, the so-called characterization, is very important for the design and calculation of components in many areas of industry. So-called flow curves, which are very important material parameters, describe the connection between positive tensile or negative compressive strains and the stress introduced in the material. In the case of metallic materials, however, after primary deformation in one direction, the elastic limit changes in the other direction (the so-called Bauschinger effect).

Der Bauschingereffekt (benannt nach Johann Bauschinger) ist die richtungsbestimmte Änderung der Elastizitätsgrenze eines (polykristallinen) Metalls oder einer Legierung nach einer primären plastischen Verformung. Verformt man ein Metall zuerst in einer Richtung, so dass es plastisch verformt wird, und verformt es anschließend in entgegengesetzter Richtung, so ist die Elastizitätsgrenze in der entgegengesetzten Richtung niedriger. Grund dafür sind rücktreibende Kräfte von aufgestauten Versetzungen (Fehler bzw. Störstellen) im metallischen Werkstoff. Der Bauschingereffekt entspricht einem elastisch-plastischen Modell eines parallelgeschalteten Elements aus Feder (Hookesche Elastizität) und Reibelement (Coulombsche Reibung), sowie einer weiteren Feder, die dazu in Reihe geschaltet ist.The Bauschinger effect (named after Johann Bauschinger) is the directional change in the elastic limit of a (polycrystalline) metal or an alloy after primary plastic deformation. If a metal is first deformed in one direction so that it undergoes plastic deformation and then deformed in the opposite direction, the elastic limit in the opposite direction will be lower. The reason for this are restoring forces from accumulated dislocations (faults or imperfections) in the metallic material. The Bauschinger effect corresponds to an elastic-plastic model of a parallel element consisting of a spring (Hooke's elasticity) and a friction element (Coulomb's friction), as well as another spring that is connected in series.

Bisher experimentell bestimmte Fließkurven geben aufgrund des Bauschingereffekts nur bis zu Umformgraden von ca. 0,8 korrekte Werte für das Materialverhalten an. Für höhere Werte muss mathematisch extrapoliert werden. Die für die Extrapolation verwendeten Modelle weichen stark voneinander ab und treffen oft nicht die praktisch ermittelten Werte.Due to the Bauschinger effect, experimentally determined flow curves only give correct values for the material behavior up to a degree of deformation of approx. 0.8. For higher values, mathematical extrapolation is required. The models used for the extrapolation differ greatly from one another and often do not match the values determined in practice.

Insbesondere für die numerische Simulation von Umformprozessen, zur Vorhersage von Prozesskräften, Werkzeugbelastungen und Bauteileigenschaften muss das mechanische Verhalten des Werkstückwerkstoffes aber möglichst genau bekannt sein, um dieses in der Simulationssoftware zu hinterlegen. Fließkurven beschreiben dabei den Zusammenhang der Dehnung in Abhängigkeit der eingebrachten mechanischen Spannung und sind damit eine der wichtigsten Kenngrößen zur Bewertung des Umformverhaltens von Werkstoffen und zur korrekten Abbildung des Werkstoffverhaltens in Umformsimulationen. Eine möglichst genaue Kenntnis der Fließkurve über einen großen Bereich der in der Umformung erwarteten Umformgrade ist essentiell für eine genaue Vorhersage der Prozesskräfte, der Werkzeugbelastungen, des Werkstoffflusses und der Bauteileigenschaften (Kaltverfestigung, Eigenspannungen etc.).In particular, for the numerical simulation of forming processes, for the prediction of process forces, tool loads and component properties, the mechanical behavior of the workpiece material must be known as precisely as possible in order to store it in the simulation software. Flow curves describe the relationship between the strain and the applied mechanical stress and are therefore one of the most important parameters for evaluating the forming behavior of materials and for correctly mapping the material behavior in forming simulations. The most accurate knowledge possible of the flow curve over a large range of the degrees of deformation expected during forming is essential for an accurate prediction of the process forces, tool loads, material flow and component properties (strain hardening, residual stresses, etc.).

Lokal können bei Umformverfahren teilweise sehr hohe Umformgrade auftreten. Die erreichbaren Umformgrade bei den Verfahren zur Fließkurvenbestimmung im Stand der Technik sind jedoch begrenzt, da ein bekannter Spannungszustand aufgrund des Eintretens von Instabilitäten (z.B. Einschnürung der Proben im Zugversuch) nicht aufrechterhalten werden kann. Häufig werden dann mathematische Extrapolationsansätze genutzt. Hierbei ergeben sich aber teilweise deutliche Extrapolationsfehler und eine gezielte Wahl des Extrapolationsansatzes ist nicht möglich.Very high degrees of deformation can sometimes occur locally during the forming process. However, the degrees of deformation that can be achieved in the methods for determining flow curves in the prior art are limited, since a known state of stress cannot be maintained due to the occurrence of instabilities (e.g. necking of the specimens in the tensile test). Mathematical extrapolation approaches are then often used. However, this results in some significant extrapolation errors and it is not possible to select the extrapolation approach in a targeted manner.

Eine genaue Kenntnis von Fließkurven auch bis zu hohen Umformgraden erlaubt hingegen die genaue Simulation von Umformprozessen zur gezielten Werkzeugauslegung, sowie zur Vorhersage von Prozesskräften, Werkstofffluss und Bauteileigenschaften. Eine verbesserte Kenntnis der Fließkurve eines gegebenen Werkstoffes führt somit zu signifikanten Kosteneinsparungen in der Produktion sowie neues Grundlagenwissen.On the other hand, precise knowledge of flow curves, even up to high degrees of deformation, allows the exact simulation of deformation processes for targeted tool design, as well as for the prediction of process forces, material flow and component properties. Improved knowledge of the flow curve of a given material thus leads to significant cost savings in production and new basic knowledge.

Die Blechumformung stellt den größten Bereich der Umformtechnik dar. Im Bereich der Blechumformung werden lokal Umformgrade von bis zu 1 erreicht (Traphöner et al., 2018). Im Bereich der Blechmassivumformung können sogar weitaus höhere Umformgrade erreicht werden.Sheet metal forming represents the largest area of forming technology. Local degrees of deformation of up to 1 are achieved in the field of sheet metal forming (Traphöner et al., 2018). In the field of sheet metal forming, even much higher degrees of forming can be achieved.

Konventionelle Verfahren zur Fließkurvenbestimmung im Bereich Blechumformung sind der Zugversuch, der Scherzugversuch sowie der Schichtstauchversuch. Jedes dieser Verfahren zeichnet sich durch einen speziellen Spannungszustand aus (Zug, Scherung, Druck). Die bisher größten Umformgrade unter Scherung konnten mithilfe des ebenen Torsionsversuches erreicht werden. Das von Marciniak (1961) entwickelte und von Tekkaya et al. (1982) weiterentwickelte Verfahren hat in den letzten Jahren aufgrund der neuen Möglichkeiten der optischen Dehnungsmessung und Verbesserungen der Probenform eine Renaissance erlebt (Traphöner et al., 2018). Vergleichbare Verfahren, bei denen ähnlich hohe Umformgrade, jedoch unter Zugspannungen erzeugt werden, sind bisher nicht bekannt.Conventional methods for determining the flow curve in the area of sheet metal forming are the tensile test, the tensile shear test and the layer compression test. Each of these methods is characterized by a special state of stress (tension, shear, compression). The greatest degrees of deformation under shear to date have been achieved using the plane torsion test. Developed by Marciniak (1961) and modified by Tekkaya et al. (1982) has experienced a renaissance in recent years due to the new possibilities of optical strain measurement and improvements in specimen shape (Traphöner et al., 2018). Comparable methods, in which similarly high degrees of deformation, but are produced under tensile stress, are not yet known.

Eine Möglichkeit zur Charakterisierung von Blechen für hohe Umformgrade größer 0,7 ist die Aufprägung einer bekannten Vordehnung beispielsweise durch Walzen. Stendorf (1961) erreichte dabei Umformgrade bis 0,8. Hering et al. (2019) konnten bereits zeigen, dass sich das Massivumformverfahren Fließpressen eignet, um Proben mit bekannten Umformgraden von größer 1,7 zu erzeugen. Hierbei zeigte sich, dass der Werkstoff beim Voll-Vorwärts-Fließpressen sich genauso wie im Zugversuch verhält, jedoch zusätzlich von einem hydrostatischen Druck überlagert wird, wodurch weitaus höhere Dehnungen erreicht werden können. Aufgrund des hohen hydrostatischen Druckes werden beim Fließpressen hohe Vordehnungen bis 1,7 erreicht, ohne dass der Werkstoffzusammenhalt beeinträchtigt wird. Die günstigen Eigenschaften des Voll-Vorwärts-Fließpressens können somit genutzt werden, um Proben mit hohen bekannten Formänderungen herzustellen. Zugversuche an den vorgezogenen Proben erlauben damit eine gezieltere Auswahl des besten Extrapolationsansatzes für einen gegebenen Werkstoff. Nachteilig hieran ist aber, dass die vorgezogenen Proben nach der Verformung aus den massiven Fließpressteilen noch heraus präpariert werden müssen, da sie nicht als Blechteile vorliegen. Sie müssen daher nach der Massivumformung mittels Voll-Vorwärts-Fließpressen für die Herstellung genormter Blechproben für die Bestimmung einer Fließkurve z.B. mittels spanender Bearbeitungsmethoden aus dem verformten Massibteil heraus gearbeitet werden, was einerseits aufwändig und daher teuer ist und andererseits die Gefahr aufweist, dass bei dieser Bearbeitung der Verformungszustand der Proben unzulässig beeinflusst wird.One way of characterizing sheet metal for high degrees of deformation greater than 0.7 is to apply a known pre-strain, for example by rolling. Stendorf (1961) achieved this Degrees of deformation up to 0.8. Herring et al. (2019) have already been able to show that the bulk forming process of extrusion is suitable for producing specimens with known degrees of deformation greater than 1.7. It was shown here that the material behaves in the same way as in the tensile test during full forward extrusion, but is additionally superimposed by hydrostatic pressure, which means that much higher elongations can be achieved. Due to the high hydrostatic pressure, high pre-elongations of up to 1.7 are achieved during extrusion without affecting the cohesion of the material. The favorable properties of full forward extrusion can thus be used to produce specimens with high known strains. Tensile tests on the preferred samples thus allow a more targeted selection of the best extrapolation approach for a given material. The disadvantage of this, however, is that the specimens that are pulled forward still have to be prepared after deformation from the solid extruded parts, since they are not available as sheet metal parts. They must therefore be worked out of the deformed solid part after solid forming by means of full forward extrusion for the production of standardized sheet metal samples for the determination of a flow curve, e.g. by means of machining methods Processing the deformation state of the samples is inadmissibly influenced.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Charakterisierung insbesondere von Blechwerkstoffen unter hohen Dehnungen, bevorzugt die Aufnahme von Fließkurven, zu vereinfachen und zu verbessern und dadurch das Materialverhalten insbesondere von Blechwerkstoffen auch bei hohen Umformgraden besser beschreiben zu können.The object of the present invention is therefore to simplify and improve the characterization of sheet metal materials in particular under high strains, preferably the recording of flow curves, and thereby to be able to better describe the material behavior of sheet metal materials in particular, even with high degrees of deformation.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich der Vorrichtung aus den Merkmalen des Anspruchs 10 jeweils in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the problem according to the invention results from the characterizing features of claim 1 with regard to the method and from the features of claim 10 with regard to the device, each in conjunction with the features of the associated preamble. Further advantageous configurations of the invention result from the dependent claims.

Das die Erfindung betreffende Verfahren geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Proben aus metallischen Werkstoffen mit bekannten plastischen Vordehnungen für die Werkstoffcharakterisierung, bei denen der Werkstoff mittels Fließpressen einer bekannten Dehnung ausgesetzt wird. Ein derartiges gattungsgemäßes Verahren wird dadurch weiter entwickelt, dass ein unverformtes Blech zwischen zwei metallische Stützelemente eingebracht und von den metallischen Stützelementen gestützt gemeinsam mit den metallischen Stützelementen mittels Fließpressen umgeformt wird, das umgeformte Blech nach der Fließpressumformung aus den metallischen Stützelementen entnommen wird, und anschließend aus dem umgeformten Blech Blechproben entnommen und Werkstoffeigenschaften der Blechproben mittels Methoden zur Werkstoffcharakterisierung ermittelt werden. Mit dieser Vorgehensweise wird erreicht, dass vorher z.B. als ebene Bleche vorliegende Werkstoffe gleichwertig wie bei der reinen Massivumformung durch das Fließpressen einem Spannungs- und Dehnungsablauf unterworfen werden können, der optimale Voraussetzungen zur Bestimmung von Werkstoffkennwerten wie etwa der Fließkurvenbestimmung auch bei hohen Umformgraden bietet, die mittels herkömmlicher Charakterisierungsverfahren für Bleche nicht erreichbar sind. Dieses Verfahren kann daher zur Charakterisierung von Blechwerkstoffen unter hohen Dehnungen wie insbesondere die Aufnahme von Fließkurven, aber auch zur Identifizierung und Charakterisierung weiterer werkstofftechnischer Phänomene (Schädigung, Anisotropie etc.) genutzt werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden metallische Werkstoffe direkt in Form von Blechen mittels Fließpressen einer bekannten Dehnung ausgesetzt. Die metallischen Stützelemente nehmen hierbei das zu verformende Blech zwischen sich auf und stützen es während des ganzen Umformprozesses duch das Fließpressen, so dass das unzuformende Blech quasi wie ein Teil der Stützelemente mit verformt wird. Anders als bei der bekannten Massivumformung lässt sich dann aber nach der erfolgten Umformung durch Fließpressen das verformte Blech leicht wieder von den Stützelementen trennen, indem die verformten Stützelemente voneinander und von dem verformten Blech separiert werden. Hierfür sind keine aufwändigen Bearbeitungsoperationen notwendig.The method relating to the invention is based on a method for producing samples from metallic materials with known plastic pre-strains for material characterization, in which the material is subjected to a known elongation by means of extrusion. Such a generic method is further developed in that an undeformed sheet is introduced between two metal support elements and, supported by the metal support elements, is formed together with the metal support elements by means of extrusion, the formed sheet is removed from the metal support elements after extrusion, and then from Sheet metal samples are taken from the formed sheet metal and material properties of the sheet metal samples are determined using methods for material characterization. With this procedure, it is achieved that materials previously available, for example as flat sheets, can be subjected to a stress and strain process equivalent to pure massive forming by extrusion, which offers optimal conditions for determining material parameters such as the determination of the flow curve even with high degrees of forming are not achievable using conventional sheet metal characterization methods. This method can therefore be used to characterize sheet metal materials under high strains, in particular the recording of flow curves, but also to identify and characterize other material-related phenomena (damage, anisotropy, etc.). With the aid of the method according to the invention, metallic materials are exposed directly to a known elongation in the form of sheet metal by means of extrusion. The metal support elements hold the metal sheet to be formed between them and support it during the entire forming process by extrusion, so that the metal sheet that is not to be formed is also formed like a part of the support elements. In contrast to the known solid forming, however, the formed sheet metal can then be easily separated from the support elements again after the forming by extrusion has taken place, in that the formed support elements are separated from one another and from the formed sheet metal. No complex processing operations are necessary for this.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das unverformte Blech dazu von zwei metallischen Halbzylindern als Stützelementen gestützt und zwischen die zueinander orientierten, vorzugsweise jeweils ebenen, Flächen der Halbzylinder eingebracht und gemeinsam mitt den Halbzylindern fließgepresst. Nach der Umformung werden die Halbzylinder aufgeklappt oder voneinander getrennt und das verformte Blech kann entnommen werden. Anschließend können aus dem verformten Blech genormte Blechproben wie etwa eine genormte Zugprüfprobe oder dgl. Probenform hergestellt und in nachgelagerten, gebräuchlichen Versuchen charakterisiert. Dadurch lassen sich Fließkurven auch für hohe Umformgrade direkt bestimmen und es können bisher notwendige Extrapolationen entfallen. Die erreichbaren Umformgrade sind dabei deutlich höher als bei bisherigen Verfahren.In a preferred embodiment, the undeformed metal sheet is supported by two metallic half-cylinders as supporting elements and placed between the mutually oriented, preferably flat, surfaces of the half-cylinders and extruded together with the half-cylinders. After forming, the half cylinders are opened up or separated from each other and the formed sheet metal can be removed. Subsequently, standardized sheet metal specimens, such as a standardized tensile test specimen or similar specimen shape, can be produced from the deformed sheet metal and characterized in subsequent, customary tests. As a result, flow curves can also be determined directly for high degrees of deformation and the extrapolations that were previously necessary can be omitted. The degrees of deformation that can be achieved are significantly higher than with previous processes.

Für die Fließpressumformung ist es von Vorteil, wenn das unverformte Blech außen bündig mit den metallischen Stützelementen abschließt oder nach innen von den Außenseiten der metallischen Stützelemente beabstandet angeordnet wird, da dann das Blech den Fließpressvorgang durch Wechselwirkung des Bleches mit der Fließpressmatrize nicht beeinflusst.For extrusion forming, it is advantageous if the undeformed metal sheet ends flush with the metal support elements on the outside or is arranged at a distance inwards from the outsides of the metal support elements, since the metal sheet then does not influence the extrusion process through the interaction of the metal sheet with the extrusion die.

Nach der Umformung durch den Fließpressvorgang kann das Heraustrennen der Blechprobe aus dem umgeformten Blech mittels Lasertrennen oder auch mittels spanender Verfahren erfolgen, um aus dem umgeformten Blech die jeweils gewünschte Form und Größe der Blechprobe oder auch mehrerer Blechproben zu gewinnen. Hierdurch kann die Formgebung der Blechprobe einfach und kostengünstig sowie weitgehend ohne Änderung der Materialeigenschaften der Blechprobe erfolgen.After forming by the impact extrusion process, the sheet metal sample can be separated from the formed sheet metal by means of laser cutting or also by means of machining processes in order to obtain the desired shape and size of the sheet metal sample or even several sheet metal samples from the formed sheet metal. As a result, the sheet metal sample can be shaped simply and inexpensively and largely without changing the material properties of the sheet metal sample.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass der hydrostatische Spannungszustand des Bleches beim Fließpressen durch die Wahl der Werkzeugwinkel der Fließpressmatrize beeinflusst werden kann. Auch ist es denkbar, dass der hydrostatische Spannungszustand des Bleches beim Fließpressen durch die Aufbringung eines Gegendruckes etwa durch einen Gegenhalter oder einen Auswerfer auf die Umformelemente während des Fließpressens variiert werden kann. Dies erlaubt zusätzlich zu der Bestimmung der Fließkurve auch bei höheren Umformgraden die Untersuchung weiterer werkstofftechnischer Charakteristiken, die vom hydrostatischen Druck abhängen (z.B. das Schädigungsverhalten). Es sind keine anderen Verfahren bekannt, mit denen dies bis zu vergleichbaren Umformgraden möglich ist.Furthermore, it is advantageous that the hydrostatic stress state of the sheet metal during extrusion can be influenced by the choice of the tool angle of the extrusion die. It is also conceivable that the hydrostatic stress state of the sheet metal during extrusion can be varied by applying counter-pressure, for example by means of a counterholder or an ejector on the forming elements during extrusion. In addition to the determination of the flow curve, this allows the investigation of other material characteristics that depend on the hydrostatic pressure (e.g. the damage behavior) even at higher degrees of deformation. No other processes are known with which this is possible up to comparable degrees of deformation.

Weiterhin ist es denkbar, dass durch die Wahl der Probenorientierung der Blechprobe relativ zu dem umgeformten Blech der Einfluss der Walzrichtung bei der Blechherstellung (Anisotropie) berücksichtigt wird.It is also conceivable that the influence of the rolling direction during sheet production (anisotropy) is taken into account by selecting the sample orientation of the sheet metal sample relative to the formed sheet metal.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Herstellung von Proben aus metallischen Werkstoffen mit bekannten plastischen Vordehnungen für die Werkstoffcharakterisierung, aufweisend eine Fließpressmatrize, durch die ein Werkstück unter Krafteinwirkung zumindest abschnittsweise durchgepresst wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1. Bei einer derartigen Vorrichtung ist das Werkstück aus einem unverformten Blech und zwei metallischen Stützelementen gebildet, wobei das unverformte Blech zwischen einander gegenüberliegenden Flächen der Stützelemente angeordnet ist und gemeinsam mit den metallischen Stützelementen und von den metallischen Stützelementen gestützt mittels Fließpressen durch die Fließpressmatrize umformbar ist. Das unverformte Blech wird quasi zwischen die Stützelemente eingelegt und mit den Stützelementen durch Fließpressen umgeformt und dabei dem gleichen Umformvorgang wie die Stützelemente selbst unterworfen. Gleichzeitig lässt sich das verformte Blech nach der Umformung einfach wieder von den Stützelementen trennen und als Ausgangsmaterial zur Herstellung benötigter Blechproben verwenden. Ein aufwändiges Herauspräparieren der Blechprobe aus einem massiven Probekörper ist dadurch nicht mehr notwendig.The invention further relates to a device for producing samples from metallic materials with known plastic pre-strains for material characterization, having an extrusion die through which a workpiece is pressed through at least in sections under the action of force, in particular for carrying out the method according to claim 1. In such a device the workpiece is formed from an undeformed metal sheet and two metal support elements, the undeformed metal sheet being arranged between opposing surfaces of the support elements and being deformable together with the metal support elements and supported by the metal support elements by means of extrusion through the extrusion die. The undeformed metal sheet is inserted between the support elements and formed with the support elements by extrusion and thereby subjected to the same forming process as the support elements themselves. At the same time, the formed sheet metal can be easily separated from the supporting elements after forming and used as the starting material for the production of sheet metal samples required. A time-consuming preparation of the sheet metal sample from a solid test specimen is no longer necessary.

In vorteilhafter Ausgestaltung können die metallischen Stützelemente als metallische Halbzylinder ausgebildet sein und das Blech wird zwischen die zueinander orientierten, vorzugsweise jeweils ebenen, Flächen der Halbzylinder eingebracht. Die runde Außenform der Halbzylinder entspricht dem häufigsten Querschnitt fließgepresster Werkstücke und erzeugt durch den symmetrischen Aufbau den für die Umformung des Bleches symmetrischen Dehnungszustand nach der Umformung.In an advantageous embodiment, the metal support elements can be designed as metal half-cylinders and the metal sheet is placed between the mutually oriented, preferably flat, surfaces of the half-cylinders. The round outer shape of the half-cylinder corresponds to the most common cross-section of extruded workpieces and, thanks to the symmetrical structure, creates the symmetrical state of expansion for the forming of the sheet metal after forming.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Blech außen bündig mit den metallischen Stützelementen abschließt oder nach innen von den Außenseiten der metallischen Stützelemente beabstandet angeordnet ist, da dann das Blech den Fließpressvorgang durch Wechselwirkung des Bleches mit der Matrize nicht beeinflussen kann.It is also advantageous if the metal sheet ends flush with the metal support elements on the outside or is spaced inwardly from the outsides of the metal support elements, since the metal sheet then cannot influence the extrusion process through the interaction of the metal sheet with the die.

Weiterhin können Einrichtungen zur Aufbringung eines Gegendruckes auf die Umformelemente während des Fließpressens vorgesehen werden, durch die der hydrostatische Spannungszustand des Bleches während des Fließpressens variierbar ist. Die Aufbringung eines Gegendruckes kann etwa durch einen Gegenhalter oder einen Auswerfer erfolgen und während des Fließpressens variiert werden. Dies erlaubt zusätzlich zu der Bestimmung der Fließkurve auch bei höheren Umformgraden die Untersuchung weiterer werkstofftechnischer Charakteristiken, die vom hydrostatischen Druck abhängen (z.B. das Schädigungsverhalten).Furthermore, devices for applying a counter-pressure to the forming elements during extrusion can be provided, through which the hydrostatic stress state of the sheet metal can be varied during extrusion. A counter-pressure can be applied, for example, by means of a counter-holder or an ejector and can be varied during extrusion. In addition to the determination of the flow curve, this allows the investigation of other material characteristics that depend on the hydrostatic pressure (e.g. the damage behavior) even at higher degrees of deformation.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die Zeichnung.A particularly preferred embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing.

Es zeigen:

1 - eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung, bei der ein zwischen zwei halbzylindrischen Stützkörpern angeordnetes Blech in einer Fließpressmatrize umgeformt wird,
2 - schematische Darstellung der Anordnung des Bleches zwischen zwei halbzylindrischen Stützkörpern,
3 - unverformtes und teilverformtes Blech nach der Umformung in einer Fließpressmatrize gemäß 1,
4 - Anordnung einer Blechprobe in dem verformten Abschnitt des teilverformten Bleches nach der Umformung in einer Fließpressmatrize,
5 - Beeinflussung des hydrostatischen Spannungszustandes des Bleches während des Fließpressens durch eine Gegenkraft.

Show it:

1 - An embodiment of the device according to the invention in a schematic sectional view, in which a sheet metal arranged between two semi-cylindrical support bodies is formed in an extrusion die,
2 - schematic representation of the arrangement of the sheet metal between two semi-cylindrical support bodies,
3 - Unformed and partially formed sheet metal after forming in an extrusion die according to 1 ,
4 - arranging a sheet metal sample in the deformed section of the partially deformed sheet metal after forming in an extrusion die,
5 - Influencing the hydrostatic stress state of the sheet metal during extrusion by a counterforce.

In der 1 ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Schnittdarstellung zu erkennen, bei der ein zwischen zwei halbzylindrischen Stützkörpern 2 angeordnetes Blech 3 in einer Fließpressmatrize 5 umgeformt wird. Der eigentliche Umformvorgang in der Fließpressmatrize 5 ist hierbei bekannt und muss daher nicht weiter erläutert werden.In the 1 An embodiment of the device 1 according to the invention can be seen in a schematic sectional view, in which a metal sheet 3 arranged between two semi-cylindrical support bodies 2 is formed in an extrusion die 5 . The actual forming process in the impact extrusion die 5 is known here and therefore does not have to be explained further.

Das umzuformende Material besteht hierbei aber in erfindungsgemäßer Weise aus zwei einenander gegenüberliegend angeordneten Stützkörpern 2 hier in Form von zwei Halbzylindern, die insgesamt eine etwa kreisförmige Außenform aufweisen, wenn sie mit ihren ebenen Flächen 8 aufeinander gelegt werden. Wie in der 2 besser zu erkennen, wird zwischen den beiden halbzylinderförmigen Stützkörpern 2 das hier ebene Blech 3 so angeordnet, dass es an den beiden ebenen Flächen 8 der beiden halbzylinderförmigen Stützkörper 2 anliegt und von diesen bedeckt wird. Das Blech 3 sollte hierbei nicht über die Außenflächen der Stützkörper 2 hinaus stehen, um bei der Umformung nicht unzulässig mit der Fließpressmatrize 5 zu wechselwirken.According to the invention, the material to be formed consists of two supporting bodies 2 arranged opposite one another, here in the form of two half-cylinders, which overall have an approximately circular outer shape when they are placed with their flat surfaces 8 on top of one another. Like in the 2 to see better, between the two semi-cylindrical support bodies 2, the sheet metal 3, which is flat here, is arranged in such a way that it rests against the two flat surfaces 8 of the two semi-cylindrical support bodies 2 and is covered by them. The metal sheet 3 should not protrude beyond the outer surfaces of the supporting bodies 2 so as not to interact inadmissibly with the impact extrusion die 5 during the forming process.

Dieser Verbund aus halbzylinderförmigen Stützkörpern 2 und ebenem Blech 3 wird dann in an sich bekannter Weise in die oberseitige, weite Öffnung der Fließpressmatrize 5 eingebracht und unter dem Einfluss eines Stempels 4, der eine Kraft F auf den Verbund ausübt, durch die Verengung 9 der Fließpressmatrize 5, die unter einem Winkel α relativ zur Pressrichtung geneigt ist, ganz oder teilweise hindurch gedrückt. Dadurch wird der Verbund aus halbzylinderförmigen Stützkörpern 2 und ebenem Blech 3 umgeformt, wobei der Dehnungszustand des Bleches 3 nach der Umformung etwa demjenigen eines Zugversuchs entspricht.This composite of semi-cylindrical support bodies 2 and flat sheet metal 3 is then introduced in a manner known per se into the top, wide opening of the extrusion die 5 and, under the influence of a punch 4, which exerts a force F on the composite, through the constriction 9 of the extrusion die 5, which is inclined at an angle α relative to the pressing direction, is fully or partially pressed through. As a result, the composite of semi-cylindrical support bodies 2 and flat metal sheet 3 is formed, with the state of elongation of the metal sheet 3 after forming approximately corresponding to that of a tensile test.

Der tatsächlich im Probenquerschnitt vorliegende Umformgrad φ' kann analytisch exakt über den Fließpressumformgrad φ entsprechend $φ' = φ = ln (A_{0} / A_{1})$

berechnet werden. Hierbei stellt A₀ die Querschnittsfläche des Verbundes vor der Umformung, und A₁ die Querschnittsfläche des umgeformten Zapfens dar.The degree of deformation φ' actually present in the sample cross-section can be calculated analytically exactly via the degree of extrusion φ

φ' = φ = ln (A_{0} / A_{1})

be calculated. Here, A ₀ represents the cross-sectional area of the bond before forming, and A ₁ represents the cross-sectional area of the formed pin.

Da der vorherrschende deviatorische Spannungszustand beim Fließpressen auf der Mittelachse dem eines einachsigen Zugversuches gleicht, führt ein nachgeschalteter Zugversuch nicht zu einem ungünstigen Lastrichtungswechsel. Der Spannungszustand, dem die Bleche durch die beidseitige Stauchung ausgesetzt werden, erlaubt weiterhin ein erhöhtes Umformvermögen gegenüber konventionellen mechanischen Prüfverfahren, wodurch beim Fließpressen weitaus höhere Umformgrade von φ > 1,6 erreicht werden können (Lange, 1988). Weitere Verfahren im Stand der Technik bei denen ein hydrostatischer Druck aufgeprägt wird, sind in den erzielbaren Umformgraden deutlich beschränkt, da die Einschnürung im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren nicht verhindert werden kann (vgl. Bridgman (1945) oder Spitzig et al (1975)).Since the prevailing deviatoric state of stress during extrusion on the central axis is similar to that of a uniaxial tensile test, a subsequent tensile test does not lead to an unfavorable change in load direction. The state of stress to which the metal sheets are exposed as a result of the compression on both sides also allows increased formability compared to conventional mechanical test methods, which means that far higher degrees of deformation of φ > 1.6 can be achieved in extrusion (Lange, 1988). Other processes in the prior art in which hydrostatic pressure is applied are clearly limited in the degree of deformation that can be achieved, since, in contrast to the process according to the invention, constriction cannot be prevented (cf. Bridgman (1945) or Spitzig et al (1975)).

Nach den Fließpressen kann entweder der vollständig durch die Fließpressmatrize 5 hindurch gedrückte Verbund aus halbzylinderförmigen Stützkörpern 2' und ebenem Blech 3' oder der, wie hier zu erkennen, nur abschnittsweise durch die Fließpressmatrize 5 hindurch gedrückte Verbund aus halbzylinderförmigen Stützkörpern 2' und ebenem Blech 3' nach einem Ausstoßen aus der Fließpressmatrize 5 dadurch wieder getrennt werden, dass die Stützkörper 2' und das Blech 3' auseinander geklappt oder auseinander gezogen werden. Da es sich hierbei auch nach der Umformung um einzeln vorliegende Bauteile handelt, ist diese Trennung einfach möglich.After the extrusion, either the composite of semi-cylindrical supporting bodies 2' and flat metal sheet 3' pressed completely through the extrusion die 5 or the composite of semi-cylindrical supporting bodies 2' and flat metal sheet 3', pressed only in sections through the extrusion die 5, can be used 'After being ejected from the impact extrusion die 5, they are separated again in that the supporting bodies 2' and the metal sheet 3' are folded or pulled apart. Since these are individual components even after the forming, this separation is easily possible.

Wie in der 3 zu erkennen, unterteilt sich das vorher unverformte Blech 3 (linker Teil der Darstellung) nach einem abschnittsweise Fließpressen (rechter Teil der Darstellung) in einen unverformten Abschnitt 3", eine Übergangszone 10 und einen verformten Abschnitt 3', der den gewünschten Dehnungszustand zur Herstellung von Probenkörpern 6 aufweist, an denen dann die Charakterisierung der Blecheigenschaften auch bei hohen Umformgraden durchgeführt werden kann. Neben der Breitenänderung des Bleches 3' findet gleichzeitig auch eine Dickenänderung des Bleches 3' statt, die im unteren Teil der 3 zu erkennen ist.Like in the 3 As can be seen, the previously undeformed sheet metal 3 (left part of the illustration) is divided after section-by-section extrusion (right part of the illustration) into an undeformed section 3", a transition zone 10 and a deformed section 3', which has the desired expansion state for the production of In addition to the change in width of the sheet 3', there is also a change in thickness of the sheet 3' at the same time, which occurs in the lower part of the 3 can be seen.

Zur Gewinnung von z.B. für die Durchführung von Zugversuchen geeigneten, genormten Probenkörpern 6 kann gemäß 4 der verformte Abschnitt des Bleches 3' etwa durch Laserschneiden oder spanende Formgebung bearbeitet werden, so dass mit wenig Aufwand ein entsprechender Probenkörper 6 hergestellt werden kann.In order to obtain standardized specimens 6 suitable, for example, for carrying out tensile tests, according to 4 the deformed section of the sheet metal 3' can be processed, for example by laser cutting or metal-cutting shaping, so that a corresponding sample body 6 can be produced with little effort.

In der 5 ist zu erkennen, wie durch Aufbringung einer Gegenkraft F_G auf die Umformelemente während des Fließpressens der hydrostatische Spannungszustand des Bleches 3 während des Fließpressens variierbar gemacht wird. Hierzu kann etwa ein Gegenhalter 7 oder Auswerfer eine entgegen der Kraft F des Stempels 4 wirkende Gegenkraft F_G auf den Verbund aus halbzylinderförmigen Stützkörpern 2' und ebenem Blech 3' aufbringen, die konstant gehalten oder auch verändert werden kann. Dies verändert das Umformverhalten der Stützkörper 2' und des Bleches 3' und erlaubt zusätzlich zu der Bestimmung der Fließkurve auch bei höheren Umformgraden die Untersuchung weiterer werkstofftechnischer Charakteristiken, die vom hydrostatischen Druck abhängen (z.B. das Schädigungsverhalten).In the 5 can be recognized by the application of a counterforce F _G to the forming element mente during the extrusion of the hydrostatic stress state of the sheet 3 is made variable during the extrusion. For this purpose, a counterholder 7 or ejector can apply a counterforce F _G acting against the force F of the punch 4 to the combination of semicylindrical support bodies 2' and flat sheet metal 3', which can be kept constant or changed. This changes the forming behavior of the supporting body 2' and the metal sheet 3' and, in addition to the determination of the flow curve, also allows the investigation of further material characteristics that depend on the hydrostatic pressure (eg the damage behavior) even at higher degrees of forming.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Punkte aus:

• Herstellung von Blechproben 6 mit bekannten Vordehnungen
• Im Gegensatz zu anderen Verfahren zur gezielten Erreichung von Vordehnungen (z.B. Walzen), weisen die Bleche 3 über die Dicke keine signifikante Materialscherung auf, welche die berechnete Vordehnung verfälscht. Durch die gleichmäßige Verteilung des Umformgrades über die Blechdicke kann eine Probenentnahme ohne Bearbeitung der Blechdicke erfolgen.
• Der deviatorische Spannungszustand, dem das Blech 3 beim Fließpressen ausgesetzt wird, gleicht dem eines konventionellen einachsigen Zugversuches. Dadurch ergeben sich in einem nachgeschalteten Zugversuch keine ungünstigen Lastrichtungswechsel.
• Der hydrostatische Spannungszustand beim Fließpressen kann durch die Werkzeugwinkel α oder eine aktive Aufbringung eines Gegendruckes F_G während des Fließpressens aktiv variiert werden. Dies erlaubt zusätzlich die Untersuchung weiterer werkstofftechnischer Charakteristiken, die vom hydrostatischen Druck abhängen (z.B. Schädigungsverhalten). Es sind keine anderen Verfahren bekannt mit denen dies bis zu vergleichbaren Umformgraden möglich ist.
• Im Gegensatz zum ebenen Torsionsversuch kann durch die gezielte Wahl der Probenorientierung der Einfluss der Walzrichtung bei der Blechherstellung (Anisotropie) berücksichtigt werden.

The method according to the invention is characterized by the following points:

• Production of sheet metal samples 6 with known pre-strains
• In contrast to other methods for the targeted achievement of pre-stretching (eg rolling), the metal sheets 3 do not have any significant material shear across the thickness, which falsifies the calculated pre-stretching. Due to the even distribution of the degree of deformation over the sheet thickness, samples can be taken without processing the sheet thickness.
• The deviatoric state of stress to which sheet metal 3 is subjected during extrusion is similar to that of a conventional uniaxial tensile test. As a result, there are no unfavorable changes in load direction in a subsequent tensile test.
• The hydrostatic stress state during extrusion can be actively varied by means of the tool angle α or by actively applying a counter-pressure F _G during extrusion. This also allows the investigation of other material characteristics that depend on the hydrostatic pressure (e.g. damage behavior). There are no other processes known with which this is possible up to comparable degrees of deformation.
• In contrast to the planar torsion test, the influence of the rolling direction during sheet metal production (anisotropy) can be taken into account by carefully selecting the specimen orientation.

In ersten Versuchen konnte das erfindungsgemäße Verfahren bereits erfolgreich angewandt werden. Dazu wurde ein Blech 3 aus dem verbreiteten Dualphasenstahl DP800 mithilfe des Verfahrens einem bekannten Umformgrad von φ = 1 ausgesetzt und eine Blechprobe 6 mittels Laserschneiden entnommen. Die Blechprobe 6 mit genormter Zugprobengeometrie wurde mit Hilfe einer Zwick-Prüfmaschine des Typs Z250 gezogen und dabei die benötigte Kraft über die entsprechende Probenlängung aufgezeichnet. Diese wurden die Fließspannung umgerechnet.The method according to the invention has already been used successfully in initial tests. For this purpose, a metal sheet 3 made of the widespread dual-phase steel DP800 was exposed to a known degree of deformation of φ=1 using the method and a sheet metal sample 6 was removed by means of laser cutting. The sheet metal specimen 6 with standardized tensile specimen geometry was pulled using a Zwick Z250 testing machine and the required force was recorded via the corresponding specimen elongation. These were converted to yield stress.

Die Ergebnisse zeigen, dass mithilfe des Verfahrens bereits ein Fließkurvenstützpunkt bei φ = 1,7 gefunden werden konnte. Während die Extrapolation des konventionellen Zugversuches den neu gemessenen Punkt deutlich unterschreitet (Extrapolationsfehler), so trifft die Extrapolation des ebenen Torsionsversuches den neu gemessenen Stützpunkt relativ genau, wodurch das Verfahren für den gegebenen Werkstoff mit der untersuchten Blechdicke bereits verifiziert werden kann. Da mittels Fließpressen Umformgrade von φ > 1,6 erreicht werden können, kann angenommen werden, dass sich Blechwerkstoffe entsprechend bis zu diesem Umformgrad charakterisieren lassen. Damit würde man im Vergleich zu bisherigen Charakterisierungsverfahren eine Verdopplung des Umformgrades erreichen und so die Vorhersagequalität von Umformsimulationen deutlich verbessern.The results show that a flow curve support point at φ = 1.7 could already be found using the method. While the extrapolation of the conventional tensile test falls significantly short of the newly measured point (extrapolation error), the extrapolation of the planar torsion test hits the newly measured support point relatively precisely, which means that the method for the given material with the sheet thickness examined can already be verified. Since degrees of deformation of φ > 1.6 can be achieved by means of impact extrusion, it can be assumed that sheet metal materials can be characterized accordingly up to this degree of deformation. In comparison to previous characterization methods, this would double the degree of forming and thus significantly improve the prediction quality of forming simulations.

Durch die Verwendung von Blechproben 6 mit bekannter plastischer Vordehnung lassen sich Fließkurven mit Umformgeraden bis zu 1,7 und höher aufstellen.Through the use of sheet metal samples 6 with a known plastic pre-strain, flow curves with deformation lines of up to 1.7 and higher can be set up.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt besonders vorteilhaft in folgenden Bereichen einsetzen:

• Für Dienstleistungsunternehmen im Bereich Simulation Fließkurven sind die wichtigste Eingangskenngröße für Umformsimulation. Die Nutzung erweiterter Fließkurven erlaubt verbesserte Simulation von Umformprozessen, zur Vorhersage von Prozesskräfte, Werkstofffluss, Werkzeugauslegung und Bauteileigenschaften und führt somit zu signifikanten Kosteneinsparungen sowie neues Grundlagenwissen
• Für Anwender von Blechumformung insb. im Automotive-Bereich Anwender im Bereich Blechumformung sind insbesondere große Automobilhersteller oder -zulieferer. Durch steigende Anforderungen an Umformverfahren und Umformsimulation sowie die rasante Zunahme neuer Hochleistungswerkstoffe spielt die exakte Charakterisierung von Werkstoffen eine zunehmend wichtigere Rolle. Automobilhersteller und-zulieferer sind dadurch immer mehr auf entsprechende Charakterisierungsmethoden und Werkstoffdaten angewiesen.
• Für Stahlproduzenten Nutzung des Prüfverfahrens zur Charakterisierung, Bewertung und Weiterentwicklung von Werkstoffen mit Anwendung Umformtechnik
• Für Werkstoffprüfer Anwendung des Prüfverfahrens zur Erzeugung von Werkstoffdatenblättern/- banken für Anwender im Bereich Blechumformung (z.B. Automotive)
• Für Hersteller von Prüfmaschinen Die vorgedehnten Proben lassen sich mit konventionellen Prüfmaschinen charakterisieren. Damit liegt die Anwendung des Verfahrens durch Prüfmaschinenhersteller nahe
• Für Universitäten/andere Forschungseinrichtungen im Bereich Umformtechnik/Werkstoffe/Metallverarbeitung Anwendung des Prüfverfahrens zur Erzeugung von Werkstoffdatenblättern/- banken für konventionelle oder neu entwickelte Werkstoffe, Erarbeitung von neuem Grundlagenwissen über das Werkstoffverhalten bei extrem hohen Vordehnungen. Gewinnung von neuen Kenntnissen weiterer werkstofftechnischer Aspekte wie Schädigung, Anisotropie etc.

The method according to the invention can be used particularly advantageously in the following areas:

• For service companies in the field of simulation Flow curves are the most important input parameter for forming simulation. The use of extended flow curves allows improved simulation of forming processes, for the prediction of process forces, material flow, tool design and component properties and thus leads to significant cost savings and new basic knowledge
• For users of sheet metal forming, especially in the automotive sector Users in the field of sheet metal forming are in particular large automobile manufacturers or suppliers. The exact characterization of materials is playing an increasingly important role due to increasing demands on forming processes and forming simulation as well as the rapid increase in new high-performance materials. As a result, automobile manufacturers and suppliers are increasingly dependent on appropriate characterization methods and material data.
• For steel producers, use of the test method for the characterization, evaluation and further development of materials using forming technology
• For material testers, use of the test procedure to create material data sheets/banks for users in the sheet metal forming sector (e.g. automotive)
• For manufacturers of testing machines The pre-stretched samples can be characterized with conventional testing machines. This suggests the use of the method by testing machine manufacturers
• For universities/other research institutes in the field of forming technology/materials/metal processing, application of the test method to create material data sheets/banks for conventional or newly developed materials, development of new basic knowledge about the material behavior at extremely high pre-strains. Gaining new knowledge of other material-related aspects such as damage, anisotropy, etc.

BezugszeichenlisteReference List

11: Vorrichtungcontraption
2, 2'2, 2': Stützkörpersupporting body
3, 3',3''3, 3',3'': Blech, unverformt und verformtSheet metal, undeformed and deformed
44: Stempelrubber stamp
55: Fließpressmatrizeextrusion die
66: Blechprobesheet sample
77: Gegenhalter/Auswerfercounterholder/ejector
88th: ebene Fläche Stützkörperflat surface supporting body
99: Umformbereich FließpressmatrizeForming area extrusion die
1010: Übergangsbereich BlechTransition area sheet metal

Literaturliterature

Marciniak Z. Influence of the sign change of the load on the strain hardening curve of a copper test subject to torsion. Arc Mech Sto 1961; 13(1961):743-51.
Tekkaya AE, Pöhlandt K, Lange K. Determining stress-strain curves of sheet metal in the plane torsion test. CIRP Ann Manuf Technol 1982; 31:171-4.
Stendorf, S., 1961. Cold forming of tempered cutting edges. VDI journal 103:1234:1241.
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Traphöner, H., Heibel, S., Clausmeyer, T., Tekkaya, AE, 2018. Influence of manufacturing processes on material characterization with the grooved inplane torsion test. International Journal of Mechanical Sciences. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci. 2017.12.052
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Spitzig, W.A; Sober, R.J; Richmond, O., 1975. Pressure dependence of yielding and associated volume expansion in tempered martensite. Acta Metallurgica, 23(7):885-893
Bridgman, P.W., 1945. Effects of High Hydrostatic Pressure on the Plastic Properties of Metals. Reviews on Modern Physics, 17(1):3-14

Claims

Process for the production of samples (6) from metallic materials with known plastic pre-strains for material characterization, in which the material is subjected to a known elongation by means of extrusion, characterized in that an undeformed metal sheet (3) is introduced between two metallic support elements (2) and supported by the metal support elements (2), is formed together with the metal support elements (2) by means of extrusion (5), the formed sheet metal (3') is removed from the metal support elements (2) after the extrusion forming (5), and then from sheet metal samples (6) are taken from the formed sheet metal (3') and material properties of the sheet metal samples (6) are determined using methods for material characterization.

procedure according to claim 1 , characterized in that methods of flow curve determination are used as standard methods for material characterization.

Method according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that metallic half cylinders (2) are used as metallic support elements (2) and the undeformed metal sheet (3) is introduced between the mutually oriented, preferably flat, surfaces (8) of the half cylinders (2).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the undeformed metal sheet (3) terminates flush with the metallic support elements (2) on the outside or is spaced inwardly from the outer sides of the metallic support elements (2).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a standardized shape, preferably a standardized tensile test specimen, is cut out of the formed sheet metal (3') as the sheet metal sample (6) for standardized characterization methods.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet metal sample (6) is separated from the formed sheet metal (3') by means of laser cutting and/or by means of cutting methods or similar cutting methods.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrostatic stress state of the metal sheet (3) during extrusion is influenced by the selection of the tool angle (α) of the extrusion die (5).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrostatic stress state of the metal sheet (3) during extrusion can be varied by applying counter-pressure (F _G ) to the forming elements (2, 3) during extrusion.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the influence of the rolling direction during sheet production (anisotropy) is taken into account by selecting the sample orientation of the sheet metal sample (6) relative to the formed sheet metal (3').

Device (1) for producing samples (6) from metallic materials with known plastic pre-strains for material characterization, having a punch (4) and an extrusion die (5) through which a workpiece (2, 3) is pressed under the action of force (F) at least is pressed through in sections, in particular for carrying out the method according to claim 1 , characterized in that the workpiece (2, 3) is formed from an undeformed metal sheet (3) and at least two metal support elements (2), the undeformed metal sheet (3) being arranged between opposing surfaces (8) of the support elements (2). and is deformable together with the metal support elements (2) and supported by the metal support elements (2) by means of extrusion through the impact extrusion die (5).

Device (1) according to claim 10 , characterized in that the metallic support elements (2) are designed as metallic half-cylinders (2) and the metal sheet (3) is introduced between the mutually oriented, preferably flat, surfaces (8) of the half-cylinders (2).

Device (1) according to one of Claims 10 or 11 , characterized in that the metal sheet (3) is flush with the metallic support elements (2) on the outside or is arranged at a distance inward from the outer sides of the metallic support elements (2).

Device (1) according to one of Claims 10 until 12 , characterized in that devices (7) for applying a counter-pressure (F _G ) to the forming elements (2, 3) during extrusion are provided, by means of which the hydrostatic stress state of the metal sheet (3) can be varied during extrusion.