Ermüdung und Bruch

Ermüdung und Bruch

Ermüdung von Werkstoffen ist ein Prozess, auf den geschätzte fünfzig Prozent aller Systemausfälle weltweit zurückzuführen sind. Die Problematik der Ermüdung ist, dass selbst in fehlerfreien Bauteilen, die während des Gebrauchs einer zyklischen Belastung ausgesetzt sind, aufgrund mikrostrukturell bedingter, lokal unterschiedlicher Spannungen Risse entstehen können, die sich langsam ausbreiten, bis sie schließlich zum Versagen des Bauteils führen. Trotz 150 jähriger Beschäftigung mit dem Phänomen der Ermüdung verschließen sich immer noch grundlegende Vorgänge auf der Mikroskala der Erforschung sowie deren Einbindung in Lebensdauervorhersage, Bauteildimensionierung und Werkstoffentwicklung. Ziel der modernen Werkstoffforschung ist unter anderem, anhand von Gefüge-Daten und makroskopischen Werkstoffkennwerten die Gesamt-Lebensdauer eines Bauteils unter schwingender Belastung vorauszuberechnen.

Im Rahmen der Arbeiten werden neue Verfahren entwickelt und bekannte Verfahren weiterentwickelt, um die Rissentstehung bis hin zum Bruch einer Probe zu verfolgen:

-          Electron Channeling Contrast Imaging (ECCI) um lokale plastische Verformung sichtbar zu machen, die als Vorstufe zur Rissbildung entsteht, wenn sich in Materialien mit anisotropen elastischen Konstanten an Korngrenzen Anisotropiespannungen ausbilden.

-          Ein Verfahren zur Rissinitiierung mittels Focused Ion Beam (FIB) das es erlaubt, Mikrorisse reproduzierbarer Länge und Tiefe vor ausgewählte Korngrenzen zu initiieren. Wird angewandt zu Untersuchung der Wechselwirkung mikrostrukturell kurzer mit Korngrenzen (signifikante Lebensdauererhöhung durch erschwerte Korngrenzentransmission).

-          Die STRONG (Slip Transfer Resistance of Neighboring Grains)-Methode: eine Abschätzung der Festigkeit von Korngrenzen gegen Rissausbreitung allein aus der Orientierungsbeziehung der Nachbarkörner in Kombination mit einer Statistik

-          Barkhausenrauschen und Eddy Current Microscope (BEMI) zur ortsaufgelösten Messung von Eigenspannungen, die bei der Vorverformung eines Bauteils entstehen, auf ihr Einfluss auf das Ermüdungsverhalten.

-          Lokale hochaufgelöste Dehnungsmessung mittels Digital Image Correlation (DIC) und Electron Back Scatter Diffraction (EBSD)-basierter Dehnungsmessung (Orientierungs-gradienten und Crosscourt).