Werkstoffwissenschaftliche Untersuchung und mikromechanische Modellierung der Korngrenzenschädigung in einer Kupferlegierung unter Kriechbeanspruchung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gunther Eggeler; Dr.-Ing. Bernard Fedelich
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 19862111

In dem hier ins Auge gefassten Forschungsvorhaben sollen Kriechversuche mit Minikriechproben an zwei Kupferlegierungen in einem Spannungs- und Temperaturbereich durchgeführt werden, wo die Keimbildung und das Wachstum von Kriechporen zum Bruch führen. Dabei werden neue Verfahren der Metallographie und der numerischen Simulation miteinander kombiniert, um ein tieferes Verständnis und eine bessere Vorhersagbarkeit der Korngrenzenschädigung unter Zeitstandsbeanspruchung zu erreichen. Die Porositätsentwicklung auf den Korngrenzen (KG) wird metallographisch quantitativ dokumentiert. Mit EBSD Analyse wird die Orientierung der Körner bestimmt und der Einfluss der KG-Kristallographie auf die Schädigung untersucht. Mit Hilfe einer FIB können außerdem TEM-Proben präpariert werden, die mit Hilfe eines hochauflösenden, analytischen TEM gestatten, die Korngrenzenchemie zu beschreiben. Parallel hierzu werden Finite Elemente (FE) Modelle der Minikriechproben und deren Kornmikrostruktur erstellt. Die FE Simulationen der Kriechversuche unter Verwendung der Kristallviskoplastizität auf der Kornebene sollen eine realistische Abschätzung der auf den KG wirkenden lokalen Kräfte liefern. Ein Kohäsionsgesetz zur Beschreibung der KG Porosität wird entwickelt und in speziellen kohäsiven Finiten Elementen implementiert. Die Zustandsvariablen des Modells können direkt mit Porositätsmessungen verglichen werden. Schließlich wird die Schädigungsentwicklung in repräsentativen Volumenelementen aus Vielkristallen simuliert und eine Brücke zur kontinuumsmechanischen Betrachtungsweise geschlagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen