TY  - THES
AB  - In dieser Arbeit wird das Ermüdungsverhalten bei hohen und sehr hohen Lastspielzahlen (bis 10 8 Lastwechsel) zweiphasiger Konstruktionswerkstoffe am Beispiel eines Duplexstahls und einer Titanlegierung untersucht. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der stark durch die Mikrostruktur beeinflussten Schädigungsinitiierung sowie dem Wachstum kurzer Ermüdungsrisse. Es zeigt sich, dass die in der Mikrostruktur enthaltenen Phasengrenzen für beide Werkstoffe den die Wechselfestigkeit bestimmenden Beitrag liefern. 
Die Schädigung beginnt im Duplexstahl durch Abgleitung in der weicheren Austenitphase in Körnern mit hohem Schmidfaktor, während anschließend die überwiegende Anzahl der entstehenden Risse in Folge der elastischen und plastischen Inkompatibilität an den Phasengrenzen initiiert. Eine Definition der physikalischen Dauerfestigkeit des Werkstoffs ergibt sich aus der Barrierewirkung der Phasengrenzen, an denen Versetzungen und Risse bei kleinen Belastungsamplituden stoppen. Korngrenzen, und hier insbesondere die im Duplexstahl vorhandenen Zwillingsgrenzen, besitzen aufgrund des nicht vorhandenen Drehwinkels lediglich einen untergeordneten Einfluss auf die Ermüdungsfestigkeit. Aus der nur im Sonderfall beobachteten Rissinitiierung an herstellungsbedingten nichtmetallischen Einschlüssen wird zusätzlich eine technologische Dauerfestigkeit des Werkstoffs abgeleitet. 
Im Falle der Titanlegierung, die in zwei Gefügezuständen untersucht wurde, findet die Rissinitiierung vorwiegend in der sekundären Alphaphase statt. Als die die Rissausbreitung dominierenden Faktoren stellen sich die primären Gleitsysteme (basal und prismatisch) heraus, die mit einem hohen Schmidfaktor in Relation zur äußeren Belastung versehenen sind. Darüber hinaus zeigt sich, dass Risse teilweise auch normalspannungskontrolliert und interkristallin in den lamellaren Gefügebestandteilen wachsen. 
Die gewonnenen Ergebnisse fließen schließlich in zwei verschiedene Methoden zur Lebensdauervorhersage ein. Das für den Duplexstahl zur Anwendung gebrachte, phänomenologisch gestützte Konzept PHYBAL LSV ist in der Lage, auf Basis von drei Ermüdungsversuchen eine zuverlässige und konservative Abschätzung der Ermüdungsfestigkeit zu liefern. Im Falle der Titanlegierung wird ein mechanismenorientierter Ansatz gewählt, der auf der Simulation der Kurzrissausbreitung in zweidimensionalen virtuellen Gefügen beruht. Da in diesem Modell die identifizierten Charakteristika des mikrostrukturbestimmten Risswachstums berücksichtigt sind, lassen sich Lebensdauern auf Basis synthetischer Wöhlerkurven auch in virtuellen Mikrostrukturen berechnen. Am Ende der Arbeit wird eine technologisch und wirtschaftlich attraktive Kombination der beiden Konzepte vorgeschlagen, die eine virtuelle Gefügeoptimierung gefolgt von der experimentell abgesicherten Lebensdauerermittlung beinhaltet.
AU  - Knobbe, Helge
DA  - 2016
KW  - Materialermüdung
KW  - Rissinitiierung
KW  - Risswachstum
KW  - Phasengrenzen
KW  - Lebensdauervorhersage
KW  - fatigue
KW  - cracks
LA  - ger
PY  - 2016
TI  - Untersuchungen zum Einfluss innerer Grenzflächen auf das Ermüdungsverhalten metallischer Konstruktionswerkstoffe
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-10810
Y2  - 2024-12-26T21:09:10
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