Mikromechanische Simulation der Spaltbruchinitiierung und -ausbreitung im spröd-duktilen Übergangsbereich

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Geralf Hütter
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269292404

Mit abnehmender Temperatur wird das Versagen technischer Werkstoffe wie den meisten Stählen zunehmend spröde. Grund ist der Übergang des mikroskopischen Versagensmechanismus vom duktilen Wachstum von Mikroporen zum spaltflächigen Versagen der Körner. Der dadurch verursachte Abfall der makroskopischen Bruchzähigkeit beim Übergang vom duktilen zum spröden Mechanismus stellt ein großes Problem bei technischen Anwendungen kubisch raumzentrierter Metalle dar, da auf Grund oft unvermeidlicher rissartiger Fertigungs- oder betriebsbedingter Defekte Festigkeit und Lebensdauer reduziert werden. Bei den gemessenen Bruchzähigkeiten von Einkristallen und Polykristallen zeigt sich im spröd-duktilen Übergangsbereich eine Diskrepanz von mehreren Größenordnungen, die nach Kenntnis der Autoren bisher durch kein Modell erklärt werden kann. Ziel des beantragten Forschungsprojektes ist es, einen entscheidenden Beitrag zum wissenschaftlichen Verständnis dieses Phänomens zu leisten. Dazu soll in einem mikromechanischen FEM-Modell die Mikrostruktur eines ferritischen Stahlwerkstoffes in der Prozesszone an der Rissspitze diskret in Form von Partikeln (Ausscheidungen, Einschlüsse) und Körnern aufgelöst werden. In verschiedenen Ausbaustufen des Modells sollen die Einflüsse der relevanten Teilmechanismen wie dem Ablösen von Partikeln, dem Bruch von Partikeln, dem Versetzungsaufstau an Korngrenzen und Partikeln sowie der Inkompatibilität der Spaltbruchebenen benachbarter Körner erfasst und quantifiziert werden. Davon ausgehend sollen Erkenntnisse zur Optimierung der Mikrostruktur abgeleitet werden, die zur Erhöhung der Bruchzähigkeit beitragen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Meinhard Kuna