Neutron residual stress analysis for multiphase materials with depth gradients of the strain free / independent lattice parameter D0
Final Report Abstract
Im Rahmen des Kooperationsvorhabens können zusammenfassend über die gesamte Projektlaufzeit die nachfolgend aufgeführten Ergebnisse festgehalten werden: • Im Zuge der Beanspruchung der zwei untersuchten Duplexstähle im plastischen Bereich werden phasen‐ und {hkl}‐spezifische plastische Anisotropieeffekte (aufgrund interkristalliner Verformungen) beobachtet. Diese Effekte sind auch von der kristallographischen Textur in den beitragenden Phasen abhängig. Die Kenntnis dieser vom vorliegenden Werkstoffzustand abhängigen Effekte ist von immenser Wichtigkeit für die Auswertung der phasenspezifischen Eigenspannungen und deren Bewertung. • Mit Hilfe eines auf grob zweiphasige Werkstoffzustände angepassten EPSC‐Modells lassen sich grundsätzlich die {hkl}‐abhängigen Dehnungsentwicklungen von texturierten, zweiphasigen Werkstoffzuständen unter elasto‐plastischer Beanspruchung und damit auch die beanspruchungsabhängige Entwicklung der interkristallinen Dehnungen vorhersagen. Die Ergebnisse der numerischen Simulationen zeigen eine gute Übereinstimmung mit den in Beugungsexperimenten bestimmten Dehnungspolfiguren. • An grob zweiphasigen Werkstoffzuständen bewirken Beanspruchungen im plastischen Bereich, dass phasenspezifische und gitterebenenspezifische Mikroeigenspannungen induziert werden. Diese sind auch nach gängiger Präparation von Referenzproben zur Bestimmung des Gitter‐ parameters für den dehnungsfreien/‐unabhängigen Zustand, d.h. nach Freischneiden von kleinen Werkstoffvolumina (hier Würfel mit Kantenlänge von bis zu 2 mm) unverändert vorhanden und müssen folglich bei der Auswertung und der Bewertung von Eigenspannungen berücksichtigt werden. • Die Phasengehalte und das durch das Legierungskonzept und die Herstellungsroute der Duplexstähle beeinflusste mechanische Verhalten der Phasen Austenit und Ferrit haben einen erheblichen Einfluss an das Lastaufteilungsverhalten und damit auf die Ausbildung der phasenspezifischen Mikroeigenspannungen. • Mechanisches Festwalzen von grob zweiphasigen Duplexstählen induziert vornehmlich Makroeigenspannungen. Der Einfluss von phasenspezifischen Mikroeigenspannungen vor allem auf die Berücksichtigung des Referenzwertes D0 ist vernachlässigbar. Es kann hier mit einem konstanten Referenzwert gearbeitet werden. • Einsatzhärten resultiert in starken chemischen Gradienten und damit zu starken tiefenabhängigen Variationen im Referenzwert D0. Dies muss bei der Eigenspannungsauswertung unbedingt berücksichtigt werden. Hier haben sich zylindrische Referenzpins mit ø 3 mm als geeignet erwiesen, um den Gradienten in D0 hinreichend aufzulösen. In der verbesserten Version der Software SIMRES und STRESSFIT können bei Vorliegen von chemischen Gradienten und für gekrümmte Oberflächen die Scheindehnungen bei Neutronen‐Eintauchscans zur Analyse oberflächennaher Eigenspannungsgradienten effektiv korrigiert werden. Die für einsatzgehärtete Zustände bestimmten neutronographischen Eigenspannungsverteilungen stimmen in Ober‐ flächennähe gut mit den Ergebnissen von komplementären XRD‐Labormessungen überein.
Publications
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