Experimentelle und numerische Betrachtung der Versagensmechanismen von Dünnschichtsystemen in der Umformtechnik

Im Sonderforschungsbereich 692 werden hochfeste Aluminiumlegierungen entwickelt, um den steigenden Anforderungen des Leichtbaus gerecht zu werden. Diese neuartigen Legierungen fuhren bei Umformwerkzeugen zu hohem Adhasionsverschleis. Aus Umweltschutzgrunden soll diesem nicht wie bislang durch verstarkten Trenn- und Schmiermitteleinsatz, sondern durch eine angepasste Werkzeugbeschichtung und/oder Modifikation der Randschicht begegnet werden. Zur Auslegung der Werkzeuge, Beschichtungen und Substrate, im besonderen Hinblick auf die erhohten thermomechanischen Belastungen, werden im Teilprojekt B1 Experimente in Kombination mit der Methode der Finiten Elemente (FEM) angewendet. Um die Schicht-Substrat-Systeme vollstandig numerisch abzubilden, werden Modelle und Materialparameter generiert. Im Besonderen wird dabei ein Schwerpunkt auf die schadigungsmechanische Simulation gelegt. Der Beitrag beschreibt die Oberflachencharakterisierung und Bestimmung allgemeiner mechanischer Parameter fur Dunnschichten und fokussiert auf die Erstellung von Schadensmodellen und Ermittlung von Schadensparametern. In the Collaborative Research Centre 692, high-strength aluminum alloys are being developed to meet the increasing demands in lightweight construction. These new alloys lead to high adhesive wear on forming tools. For environmental reasons, this is no longer to be eliminated by intensive application of lubricants but by adapted tool coating and/or modification of the surface. Within the subproject B1, the method of finite element (FEM) in combination with adequate is used for the design of the tools, coatings and substrates, with special regard to the higher thermo-mechanical loads. Numerical models for comprehensive simulation have been developed and material parameters analyzed. The considerations are particularly focused on the simulation of failure-mechanical incidents. This article describes the surface characterization and the determination of general mechanical parameters for thin coatings with special emphasis on the development of failure models and the determination of failure parameters.