Ermittlung lokaler Eigenspannungen mittels Barkhausenrausch- und Wirbelstrommikroskopie (BEMI) und deren Einfluss auf die Rissausbreitung während zyklischer Belastung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Boller; Privatdozent Dr.-Ing. Michael Marx
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 216735578

Ermüdungsrisse treten in schwingend belasteten Komponenten und Strukturen fast immer auf. Daher hängen die Betriebssicherheit und die gewünschte fast 100%-ige Ausnutzung der Lebensdauer von einer verlässlichen Beurteilung der Schädigung ab. Erhebliche Vorschädigungen können bereits während des Herstellungsprozesses der Bauteile durch Umformen oder Schweißen in Form lokaler Eigenspannungen eingebracht werden. Andererseits werden Eigenspannungen aber auch gezielt dazu verwendet, die Rissentstehung und die Rissausbreitung zu verhindern bzw. zu verlangsamen. Das Erfassen des lokalen Eigenspannungszustands am Ort der Risse ist somit eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis der Bruchvorgänge und die Verbesserung der Schadenstoleranz von Konstruktionswerkstoffen. Dabei muss zwischen Makroeigenspannungen (I. Art) und Mikroeigenspannungen (II. Art) unterschieden werden. Eine zuverlässige und gleichzeitig industriell anwendbare Messmethode zur ortsaufgelösten Erfassung und Einbindung Mikroeigenspannungen (II. Art) in Schädigungsmodelle fehlt bisher, so dass die Eigenspannungen oftmals konservativ mit der Fließspannung abgeschätzt werden. Einen viel versprechenden Ansatz hierfür stellen zerstörungsfreie elektromagnetische Prüfverfahren dar. Im vorgestellten Forschungsantrag sollen BEMI (Barkhausen Noise and Eddy Current Microscope)-Messungen zur ortsaufgelösten Bestimmung lokaler Eigenspannungen durchgeführt und mit Röntgendiffraktometrie-Messungen als Referenzverfahren verglichen werden. Für eine realistische Schädigungsbeurteilung soll die Rissausbreitung im lokalen Eigenspannungsfeld auf mikroskopischer Skala mittels Electron Channeling Contrast Imaging (ECCI), Orientation Gradient Mapping (OGM) und In-Situ Rissausbreitungsmessungen während der Ermüdungsbelastung charakterisiert werden. Ziel dieses Antrages ist die Validierung des BEMI-Messverfahrens zur lokalen Eigenspannungsmessung und Ermittlung des Einflusses der so gemessenen Eigenspannungen auf die Rissausbreitung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen