Grundmechanismen der Rissinitiierung und der zyklischen Plastizität im VHCF-Bereich unter besonderer Berücksichtigung der Korngröße

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Heinz-Werner Höppel
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 15786247

Ziel des Gesamtvorhabens ist es, durch systematische Untersuchungen von metallischen Werkstoffen grundlegende Erkenntnisse über die zyklische Plastizität im Bereich sehr hoher Ermüdungslebensdauern, dem so genannten Very High Cycle Fatigue (VHCF)-Bereich zu gewinnen. Obwohl einige technologische Anwendungen diese Lastspielzahlen ertragen müssen und obwohl es in der Literatur vermehrt Untersuchungen gibt, die die „klassische Dauerfestigkeit bei l O7 Zyklen in Frage stellen, ist der derzeitige wissenschaftliche Kenntnisstand zu den Ermüdungsvorgängen und damit verbunden zur zyklischen Plastizität in diesem Bereich nach wie vor sehr gering. Einige Arbeiten verweisen auf ein mehrstufiges Lebensdauerdiagramm. Auf der Basis des bisherigen Kenntnisstandes zur zyklischen Plastizität im Low Cycle Fatigue (LCF) bzw. High Cycle Fatigue (HCF) Bereich wurden in der Literatur einige Ansätze zur Erklärung des VHCF-Ermüdungsverhaltens formuliert. Diese stellen die Grundlage für die bislang durchgeführten bzw. neu geplanten Untersuchungen dar und sollen im Rahmen dieses Vorhabens verifiziert werden. Basierend auf den bisherigen Ergebnissen an Aluminium als typischen Vertreter von Typ I-Werkstoffen, konnten durch systematische Oberflächen- Untersuchungen im Licht-, Rasterkraft- und Rasterelektronenmikroskop signifikante Unterschiede in der Entwicklung und Ausprägung der Oberflächenaufrauung und in Abhängigkeit von GigaCycle-Fatigue/zyklische Plastizität/Korngrößeneffekt TP l -3 der Korngröße festgestellt werden. Zur abschließenden Beurteilung der im ersten Projektjahr gewonnen Ergebnisse müssen die Versuche komplettiert und eine Interpretation der festgestellten Schädigungsmechanismen durchgeführt werden. Neben diesen Arbeiten stellen die Untersuchungen zu den Schädigungsmechanismen bei Typ II-Werkstoffen den Schwerpunkt in der zweiten Projektphase dar. Bei einschluss- bzw. ausscheidungsbehafteten Werkstoffen entsteht der schädigungsrelevante Riss an derartigen Einschlüssen im Inneren der Probe. Es wird vermutet, dass dieser Rissbildungsmechanismus in Konkurrenz zu den Rissbildungsmechanismen ausgehend von der Oberfläche, wie er für Typ I-Werkstoffe gefunden wurde, steht. In unterbrochenen Ermüdungsversuchen mit begleitender systematischer Charakterisierung der Oberflächenaufrauung in Abhängigkeit von der Ausscheidungsgröße sollen die dominierenden Schädigungsmechanismen identifiziert werden. Ferner soll dabei gezielt der Frage nach einer kritischen Einschlussgröße bzw. einem kritischen Volumenbruchteil nachgegangen werden. Durch einen Vergleich der festgestellten Schädigungsmechanismen für Typ I und Typ II-Werkstoffe wird es dann möglich, ein vertieftes Verständnis der relevanten Schädigungsmechanismen im VHCF-Bereich zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Mathias Göken