Ermittlung neuartiger Bewertungskriterien für die Beurteilung schweißbedingter Mikrorisse mittels hochauflösender Synchrotron-Refraktions-Computer-Tomographie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Kannengießer
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388600999

Die schweißtechnische Verarbeitung innovativer Werkstoffe ist stets mit hohen Anforderungen verbunden. Durch kleinste Schweißimperfektionen kann eine sichere Integrität der Schweiß-verbindung unter Beanspruchung nicht gewährleistet werden. Dabei stellen Mikrorisse im µm-Bereich eine sehr große Gefahr dar, da diese mit zerstörungsfreien Prüfverfahren nur sehr bedingt oder nicht detektiert werden können. Ihre Größe ist meist kleiner als die Auflösung herkömmlicher Röntgenverfahren. Wegen der hohen Sicherheitsrelevanz und der sehr hohen Beschaffungs- und Verarbeitungskosten, müssen speziell bei Nickelbasiswerkstoffen Bestrebungen unternommen werden, die Ursachen der Mikrorissbildung zu analysieren und Abhilfemaßnahmen gegen die Rissbildung geschaffen werden.Nickelbasiswerkstoffe neigen beim Schweißen zur Bildung von Mikrorissen vom Typ Ductility Dip Cracking (DDC). Unterhalb der Rekristallisationstemperatur kommt es während der Abkühlung der Schweißnaht zu einem Verformbarkeitsabfall und bei Überschreiten einer kritischen Dehnung zur interkristallinen Werkstofftrennung im festen Zustand. Die Risse entstehen im Schweißgut oder in der Wärmeeinflusszone (WEZ). Die Ursachen für diese Rissbildung sind bisher nur unzureichend bekannt. Als Haupteinflussgrößen werden in der Literatur Korngröße und Ausscheidungszustand an den Korngrenzen genannt. Bisherige Untersuchungen konzentrierten sich jedoch auf den Schweißzusatzwerkstoff und die WEZ im Grundwerkstoff. Untersuchungen an realen Strukturen einer WEZ mit unterschiedlichem Ausscheidungszustand und damit auch unterschiedlicher Kornstruktur fanden bislang jedoch noch nicht statt.Das Forschungsziel ist daher die Ermittlung neuartiger Bewertungskriterien für die Beurteilung von Mikrorissen in der WEZ von Schweißungen. Mit Hilfe der hochauflösenden Synchrotron-Refraktions-Computer-Tomographie werden die Mikrorisse charakterisiert und quantifiziert. Der Strain-to-Fracture (STF) Test dient in Untersuchungen zunächst zur definierten Risserzeugung unter thermo-mechanischer Beanspruchung des Grundwerkstoffes. Zwei Nickelbasislegierungen mit gleicher Legierungsmatrix aber unterschiedlichem Ausscheidungsverhalten werden hierbei miteinander verglichen. Physikalische Simulationen realer Strukturen einer WEZ ermöglichen die direkte Korrelation zwischen Gefüge, Ausscheidungskinetik und Kornstruktur. Mit Hilfe der Erkenntnisse werden Temperatur-Dehnungs-Kurven für verschiedene Bereiche einer WEZ entwickelt.Schließlich ist es das Ziel, ein erweitertes Modell der Mikrorissbildung zu erstellen, das neben den thermo-mechanischen Größen auch gefügespezifische Einflussgrößen sowie ein Bewertungskriterium, das volumenhafte Rissnetzwerke berücksichtigt, beinhaltet. Anhand gegebener Materialkenngrößen soll eine Aussage zur Anfälligkeit einer Mikrorissbildung in der WEZ getroffen werden können. In einem Fortsetzungsantrag werden die Ergebnisse an realen Schweißverbindungen unter definierter Schrumpfbehinderung verifiziert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Axel Griesche