Fatigue damage evolution in micro samples: the influence of specimen size and grain boundaries
Final Report Abstract
Die Ergebnisse konnten zeigen, dass Größeneffekte bei der Ermüdung von Mikroproben nicht nur in den mechanischen Eigenschaften auftreten, sondern auch in der Schädigungsentwicklung. So zeigten dünnere Mikrobiegebalken eine abgeschwächte Entwicklung der Schädigung und starke Extrusionen/Intrusionen traten kaum auf, während sehr dünne Proben im Bereich von 1 µm wieder eine beschleunigte Schädigungsentwicklung zeigten. Um dieses Verhalten genauer untersuchen zu können wurden, 2 neue experimentelle Methoden entwickelt: (i) Durch Verwenden von speziellen Probengeometrien konnten auch Zug/Druck Ermüdungsversuche bei einem Lastverhältnis von R=-1 durchgeführt werden und (ii) wurden Vorarbeiten zu einer AFM- basierten Belastungsmethode erfolgreich durchgeführt, um sehr dünne Proben (<1 µm) bei ausreichend hohen Frequenzen ermüden zu können. Diese beiden neuen Methoden konnten erfolgreich etabliert werden und stehen weiteren Projekten zur Verfügung. Die Ermüdung von bi-kristallinen Mikroproben zeigte, dass in Abhängigkeit des Widerstandes der Korngrenze gegenüber Versetzungstransmission unterschiedliche Schädigungsentwicklungen auftraten. Werden die Versetzungen von der Korngrenze effektiv blockiert, so entsteht die Schädigung an der Korngrenze, während bei vollständiger Transmission der Versetzungen das Schädigungsbild des einer einkristallinen Probe ähnlich ist. Überraschenderweise zeigten einige Korngrenzen bei der Ermüdung eine Migration, d.h. die Korngrenzen wanderten. Dies war bei Mikrobiegung besonders ausgeprägt und konnte bei Zug/Druck Ermüdung nicht beobachtet werden. Dies sind interessante Ergebnisse, denn damit können nicht nur die Schädigungsentwicklung an und um Korngrenzen untersucht werden, sondern auch das Migrationsverhalten von Korngrenzen unter mechanischen Lasten. Dieses spielt auch bei anderen Prozessen, wie z.B. der mechanischen Hochverformung eine wichtige Rolle, und die in diesem Projekt entwickelte Methodik kann hier wertvolle Beiträge liefern. Das soll in einem Nachfolgeprojekt genauer untersucht werden.
Publications
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Influence of single and multiple slip conditions and temperature on the size effect in microbending, Acta Mater. 154, 2018, 325-333
Jorge Rafael Velayarce, Mohammad Zamanzade, Oscar Torrents Abad, Christian Motz
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Effect of sample size and crystal orientation on the fatigue behavior of single crystalline microbeams, Materials 2020, 13, 741
Jorge Rafael Velayarce, Christian Motz
