Messung und Simulation der zyklischen Verformung oligokristalliner Strukturen am Beispiel koronarer Stents

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Siegfried Schmauder; Professorin Dr.-Ing. Sabine Weiß
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407576368

Die meisten metallischen Mikrobauteile, wie zum Beispiel koronare Stents, bestehen aus oligokristallinen Gefügestrukturen. Dies bedeutet, dass solche Bauteile im Probenquerschnitt nur noch wenige Kristallite bis hin zu einem einzigen Korn über dem Wandquerschnitt haben. Das Verformungsverhalten solcher Strukturen ist deutlich verschieden gegenüber dem von Polykristallen, da die Anisotropie der einzelnen Kristallite sowie deren nächste Nachbarschaften bei der Verformung mit berücksichtigt werden müssen.Die meisten gängigen Werkstoffe sind in Bezug auf ihre zyklischen Eigenschaften gut untersucht. Allerdings basieren die vorliegenden Daten auf an Standardproben der Werkstoffprüfung, die in ihren Ausmaßen keinesfalls mit denen von Mikrobauteilen vergleichbar sind, ermittelten Werten. In einem vorherigen Projekt wurden die Verformungsmechanismen von Oligokristallen an, bezüglich der Verformungsrichtung verschieden orientierten Flachproben, sowie unterschiedlich gekerbten Drähten bei der statischen einachsigen Verformung erarbeitet. Darauf basierend erfolgten die Entwicklung eines kontinuums-mechanischen Modells und einer kristallplastischen Betrachtung auf der Grundlage spezifischer Eingangsdaten zur Vorhersage des statischen Verformungsverhaltens oligokristalliner Strukturen. Ziel des vorliegenden Projektes ist die grundlegende Erarbeitung und begleitende Simulation der Verformungsmechanismen von Oligokristallen bei zyklischer Verformung am Beispiel von Stentwerkstoffen. Die Resultate sind übertragbar auf die unterschiedlichsten miniaturisierten Werkstoffsysteme, da sowohl bei statischer als auch bei zyklischer Verformung starke Größeneffekte bei der mechanischen Belastung von Bauteilen auftreten, sobald die Korngröße die Größenordnung der Bauteilwanddicke erreicht. Basierend auf den experimentellen Erfahrungen und bisher entwickelten Verformungsmodellen des Vorgängerprojektes sollen sowohl Experimente als auch die Simulation auf eine einachsige zyklische Belastung und statische mehrachsige sowie zyklische mehrachsige Belastung (Biegung, bzw. Biegewechsel) unter Berücksichtigung statistischer Effekte hervorgerufen durch unterschiedliche Kornorientierungsverteilungen ausgeweitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen