Schädigung mehrphasiger duktiler Materialien


Bei belasteten Bauteilen geht dem makroskopischen Versagen eine Schädigung voran, die auf der Ebene der Mikrostruktur stattfindet. Am IAM werden zweiphasige metallische Werkstoffe untersucht, bei denen sich auf der Ebene der Mikrostruktur aufgrund der inhomogenen Phasenverteilung (spröde Einschlüsse in duktiler Matrix) ein komplexes Spannungsfeld einstellt. Infolge dieser mikrostrukturellen Inhomogenität ist auf dieser Ebene eine Schädigungsinitiierung in Form von spröden Bruch der nichtmetallischen Einschlüssen oder Ablösung dieser Einschlüsse von der umgebenden metallischen Matrix zu beobachten. Im weiteren Belastungsverlauf wachsen die derart entstandenen Poren aufgrund der plastischen Inkompressibilität der metallischen Matrix bis zur Vereinigung.



Zur numerischen Untersuchung der Evolution dieser Mikroschädigungen werden verschiedene eigenentwickelte und auch kommerzielle Simulationsprogramme verwendet, in denen mit Hilfe der Methode der finiten Elemente die Schädigungsentwicklung berechnet werden kann. Hierfür werden verschiedene spannungs- und dehnungsabhängige Schädigungskriterien und -modelle eingearbeitet.

Gegenstand der aktuellen Untersuchungen sind zwei Feinkornbaustähle (S460M, X60), die im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 370 (integrative Werkstoffmodellierung) bzgl. ihres Versagensverhaltens experimentell und numerisch untersucht werden. Bei diesen Stählen vollzieht sich die Porenbildung durch Ablösung von Einschluß-Matrix-Grenzflächen und wird als dehnungsabhängig angesehen. Als Initiierungskriterium wird das Erreichen einer Dehnung erkannt, die um nur 3% über der Fließdehnung liegt (bezogen auf die Bruchdehnung), also noch im Lüdersbereich ist. Aufgrund dieser Beobachtung wird gefolgert, daß die Poreninitiierung durch das Erreichen der Fließspannung beschrieben werden kann und ab diesem Zeitpunkt die Einschlüsse keinen weiteren Einfluß auf die Schädigungsevolution besitzen.

Um die makroskopische Schädigung in diesen Materialien zu beschreiben, werden die Schädigungsmodelle von Lemaitre-Chaboche, Rousselier und Tvergaard-Needleman angewendet.




  • Artikel

  • Schädigungsevolution einer Pipeline im 4-Punkt-Biegeversuch




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