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| 001 | 973501 | ||
| 005 | 20251007101815.0 | ||
| 024 | 7 | _ | |2 HBZ |a HT030599392 |
| 024 | 7 | _ | |2 Laufende Nummer |a 42825 |
| 024 | 7 | _ | |2 datacite_doi |a 10.18154/RWTH-2023-10841 |
| 037 | _ | _ | |a RWTH-2023-10841 |
| 041 | _ | _ | |a German |
| 082 | _ | _ | |a 620 |
| 100 | 1 | _ | |0 P:(DE-588)131249462X |a Dunlap, Anthony |b 0 |u rwth |
| 245 | _ | _ | |a Elektronenmikroskopische Untersuchung der schädigungsrelevanten physikalischen Mechanismen in umgeformten Einsatzstahl 16MnCrS5 |c vorgelegt von Anthony Dunlap, M.Sc. |h online |
| 260 | _ | _ | |a Aachen |b RWTH Aachen University |c 2023 |
| 260 | _ | _ | |c 2024 |
| 300 | _ | _ | |a 1 Online-Ressource : Illustrationen |
| 336 | 7 | _ | |0 2 |2 EndNote |a Thesis |
| 336 | 7 | _ | |0 PUB:(DE-HGF)11 |2 PUB:(DE-HGF) |a Dissertation / PhD Thesis |b phd |m phd |
| 336 | 7 | _ | |2 BibTeX |a PHDTHESIS |
| 336 | 7 | _ | |2 DRIVER |a doctoralThesis |
| 336 | 7 | _ | |2 DataCite |a Output Types/Dissertation |
| 336 | 7 | _ | |2 ORCID |a DISSERTATION |
| 500 | _ | _ | |a Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2024 |
| 502 | _ | _ | |a Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023 |b Dissertation |c Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen |d 2023 |g Fak05 |o 2023-09-04 |
| 520 | 3 | _ | |a Die Metallumformung ist ein komplexer Prozess, der von vielen mikrostrukturellen Parametern beeinflusst wird. Einer dieser Einflüsse ist die Schädigung (Damage), die als Hohlraum bzw. Pore definiert ist, welche die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes negativ verändert. Während der Umformung bildet sich die duktile Schädigung aus. Diese stellt ein frühes Stadium des Versagens des Materials dar, wobei nicht jede Schädigung zwangsläufig zum Versagen führt. Ein weitreichendes Verständnis der Schädigung bietet die Gelegenheit, ein mögliches Versagen hinauszuzögern und das Leichtbaupotential von umgeformten Bauteilen zu erhöhen. Die Elektronenmikroskopie bietet vielfältige Möglichkeiten schädigungsrelevante Mechanismen auf mikrostruktureller Skala zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit ist es daher, mithilfe der Elektronenmikroskopie, physikalische Mechanismen zu untersuchen, welche die Entwicklung der Schädigung während des Umformprozesses beeinflussen. Ein weiteres wichtiges Ziel ist die verlässliche Quantifizierung der Schädigung, welche unabdingbar ist für die Bewertung des Schädigungszustands eines Bauteils. Ein ferritisch-perlitischer Einsatzstahl 16MnCrS5 dient dieser Arbeit als Untersuchungsmaterial. In der vorliegenden Form ist das Grundgefüge dieses Stahls sehr duktil und gut umformbar. Einschlüsse, besonders die Mangansulfide, stehen im Fokus der Untersuchung. Warmgewalzte, sowie voll-vorwärts-fließgepresste Proben wurden im Rahmen dieser Arbeit erforscht. Die Evolution der Schädigung wird zusätzlich mithilfe von in-situ Biegeversuchen im Großkammer-Rasterelektronenmikroskop (GK-REM) untersucht. Ebenfalls zum Einsatz kommt die Elektronenrückstreubeugung (EBSD) zur Untersuchung der Kornstruktur und der Orientierung der Mikrostruktur, sowie das „Electron Channeling Contrast Imaging“ (ECCI) und die Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM) zur Untersuchung der Korrelation von Versetzungen mit der Schädigung. Die quantitative Bestimmung der Schädigung erfolgt über eine automatisierte Partikelanalyse im REM mit integrierter energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX). Als primäre Schädigungsmechanismen im Einsatzstahl werden die Delamination und das Brechen von Mangansulfiden identifiziert. EBSD-Messungen zeigen, dass die MnS-Einschlüsse polykristallin vorliegen. Die Brüche erfolgen durch Körner (transkristallin) und entlang von MnS-Korngrenzen (interkristallin). Durch die in-situ Biegeversuche wurde die Evolution der Schädigung mit steigender Dehnung dargestellt. Da die Schädigung in den umgeformten Proben an MnS-Einschlüssen zu beobachten ist, eignet sich die EDX-Partikelanalyse wegen des Elementkontrastes zwischen Matrix, Einschluss und Schädigung zur Quantifizierung. Großflächige Bereiche (≈ 1 mm²) werden automatisiert analysiert und die Methode liefert reproduzierbare Ergebnisse. Die Untersuchung von warmgewalzten Proben zeigte, dass insgesamt wenig Schädigung während dieses Umformprozesses auftritt. Allein an calciumhaltigen MnS-Einschlüssen bilden sich Poren entlang der Walzrichtung aus. Die Quantifizierung der Schädigung fließgepresster Bauteile zeigt eine erhöhte Porenfläche bei Umformparametern, die mit Spannungszuständen einhergehen, welche positive Triaxialitätswerte aufweisen. Dies entspricht einer Spannung mit hydrostatischen Zug. Eine negative Triaxialität resultiert selbst bei dem Fließpressen mit hohem Umformgrad in einer Reduktion der Porenfläche und somit der Schädigung. Die Zunahme der Schädigung ist somit nicht linear von der Dehnung bzw. dem Umformgrad abhängig, auch wenn EBSD Messungen hierbei eine größere Verformung in Form von Texturausbildung und vermehrten Kleinwinkelkorngrenzen aufzeigt. Eine Verformung geht somit nicht mit zwingend mit der Vergrößerung von Schädigung einher. Untersuchungen der Versetzungsstruktur entlang von Biegeproben zeigen ebenfalls, dass Ausbildung von Versetzungen nicht zwingend in Brüchen von MnS-Einschlüssen resultieren. In Bereichen der Biegeprobe, die unter Druckspannung stehen, werden keine Poren beobachtet, trotz Anhäufungen von Versetzungen in Einschlussnähe. Einschlüsse unter Zugspannung hingegen, zeigen beides, Brüche in Korrelation mit Versetzungsanhäufungen und Brüche welche sich unabhängig von Versetzungen bilden. Insgesamt zeigt die Arbeit, dass sich die Elektronenmikroskopie eignet, um schädigungsrelevante Mechanismen zu untersuchen. Die EDX-Partikelanalyse, liefert eine einfache, großflächige Methode, welche Schädigung im Einsatzstahl 16MnCrS5 effizient quantifiziert. Mit STEM und ECCI gibt es zwei unterschiedliche Methoden um Versetzungen zu untersuchen, welche jeweils Vorteile mit sich bringt. STEM besitzt eine deutlich bessere Auflösung, benötigt jedoch wesentlich mehr Präparationsaufwand. Die ECCI Methode lässt sich hingegen relativ einfach an größeren Proben durchführen, sodass Bereiche mit unterschiedlichen Spannungszuständen einfach untersucht werden können. |l ger |
| 520 | _ | _ | |a Metal forming is a complex process, influenced by a multitude of microstructural parameters. Damage is such an influence and it is defined as cavity or void, which negatively affects the mechanical properties of a material. Damage caused by metal forming is classified as ductile damage. It represents an early stage of material failure. However, not every damage site necessarily results in failure. A complete understanding of damage allows prolonging the lifetime of a component and offers a potential for lightweight construction of formed work pieces. Electron microscopy is a versatile technique, to investigate damage mechanisms on a microscopic scale. The aim of this work is analyzing the physical mechanisms, that influence the evolution of damage during metal forming, using electron microscopy. An additional major objective is the reliable quantification of damage, which is necessary to assess the damage state of a formed work piece. A ferritic-pearlitic 16MnCrS5 case hardening steel is used to study damage in this thesis. In the investigated state, the steel matrix features a very ductile microstructure with a good formability. Inclusions, specifically manganese sulfides, are the focus of this investigation. Hot-caliber rolled and forward rod extruded work pieces are studied in this work. Additionally, the evolution of damage is observed using in-situ bending experiments in a large chamber scanning electron microscope (LC-SEM). Electron backscatter diffraction (EBSD) is applied to investigate the grain structure and the orientation of the microstructure. Electron channeling contrast imaging (ECCI) and scanning transmission electron microscopy (STEM) to investigate the interaction of dislocations and damage. The quantitative analysis of damage is performed by an automated particle analysis system in SEM using energy-dispersive X-ray spectroscopy. Delamination and fracturing of manganese sulfide is identified as the primary damage mechanism in the case hardening steel. EBSD measurements reveal that the MnS inclusions have a polycrystalline structure. Fracture of inclusions occurs within grains (transcrystalline) and along grain boundaries (intercrystalline). In-situ bending tests allow an observation of damage evolution with increasing strain. Damage is observed at MnS inclusions in formed samples. Due to the elemental contrast present at the interfaces between voids, matrix and inclusions, the EDX particle analysis is shown to be a suitable method for damage quantification. Large areas (≈ 1 mm²) are analyzed automatically and the method delivers reproducible results. Investigating caliber rolled samples revealed a low amount of damage during this forming process. Damage occurred solely at MnS along rolling direction if inclusions contain calcium. Damage quantification of forward rod extruded samples show an increase of void area at forming parameter with stress states, which have a positive triaxiality. This describes a state with a hydrostatic tensile stress component. An extrusion process with a negative triaxiality results in the reduction of void area and damage, even at a high extrusion strain. This shows that the formation of damage does not depend linearly on the strain, although EBSD measurements detect a high degree of deformation in form of texture and increase of small angle grain boundaries. Therefore, deformation does not necessarily result in an increase of damage. Investigation of the dislocation structure along bending samples also shows, that the formation of dislocation not inevitably result in the fracture of MnS inclusions. In Areas of the bending sample under compressive stresses, no voids are observed, although accumulations of dislocations are present in the vicinity of the inclusions. Areas under tensile stresses however, show both, fracture in direct correlation with dislocations as well as fracture that is formed independently of dislocations. Altogether, the applied methods of this work show, that electron microscopy is a suitable method for the investigation of damage mechanisms. EDX particle analysis presents an accessible, large-scale method, which efficiently quantifies damage in 16MnCrS5 case hardening steel. STEM and ECCI are two methods with distinct benefits and drawbacks, which allow the investigation of the dislocation structure. The resolution in STEM is distinctively better. However, the preparation of an individual sample is very complex and time consuming. Application of ECCI in contrast is less complex and it is possible to investigate bulk samples, with varying stress states. |l eng |
| 588 | _ | _ | |a Dataset connected to Lobid/HBZ |
| 591 | _ | _ | |a Germany |
| 653 | _ | 7 | |a Einsatzstahl 16MnCrS5 |
| 653 | _ | 7 | |a Elektronenmikroskopie |
| 653 | _ | 7 | |a REM |
| 653 | _ | 7 | |a SEM |
| 653 | _ | 7 | |a Schädigung |
| 653 | _ | 7 | |a case-hardening steel 16 MnCrS5 |
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| 653 | _ | 7 | |a electron microscopy |
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| 700 | 1 | _ | |0 P:(DE-82)IDM00265 |a Münstermann, Sebastian |b 2 |e Thesis advisor |u rwth |
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