Neutronographische Eigenspannungsanalysen an mehrphasigen Werkstoffzuständen bei Vorliegen von Gradienten des dehnungsfreien/-unabhängigen Gitterparameters D0

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jens Gibmeier; Dr. Michael Hofmann
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282874578

Das Ziel des Projekts bleibt auch für die Fortsetzung des Vorhabens unverändert und besteht darin, den Einfluss von phasenspezifischen Mikroeigenspannungen auf die Bestimmung des dehnungsfreien Gitterparameters D0, der für die zerstörungsfreie Analyse von Eigenspannungstiefengradienten mittels Neutronendiffraktion notwendig ist, für grob mehrphasige Werkstoffzustände zu untersuchen und eine geeignete Mess- und Auswertestrategie bereitzustellen. Der Fokus liegt dabei auf der Durchführung von Neutroneneintauscans, um unter der Berücksichtigung von kleinen Tiefenschritten auch sehr oberflächennahe Eigenspannungstiefenverteilungen zerstörungsfrei auflösen zu können. Hierbei kommt der Vorhersage und der Korrektur von Oberflächeneffekten und den damit verbundenen Scheindehnungen eine zentrale Rolle zu. In der ersten Förderperiode wurden bereits grundlegende Untersuchungen zum Aufbau von phasenspezifischen Eigenspannungen an grob zweiphasigen Duplexstählen durchgeführt. Die Ergebnisse haben u.a. gezeigt, dass phasenspezifische Texturen einen immensen Einfluss auf die Eigenspannungsausbildung haben und die Analyse erheblich beeinflussen. Zudem wurde bereits gezeigt, dass das grundlegende Verständnis der mikromechanischen Abläufe im Werkstoffvolumen bei elastisch-plastischer Werkstoffbeanspruchung immens wichtig ist für das Verständnis der Eigenspannungsentstehung, vor allen Dingen aber auch für die korrekte Eigenspannungsauswertung und die Bewertung der Ergebnisse. Intergranulare Verformungen führen zu hochgradig nichtlinearen Zusammenhängen zwischen den diffraktometrisch gemessenen Gitterdehnungen ({hkl} abhängig) und den mechanischen Werkstoffbeanspruchungen. Im Rahmen der Fortsetzung wird ein selbstkonsistentes Materialmodell zur simulativen Vohersage der plastische Anisotropieeffekte formuliert und auf die Anwendung auf die grob zweiphasigen, texturierten Duplexstähle erweitert. Zur Validierung des Modells und für die Bewertung der kornorientierungsabhängigen Dehnungen und Spannungen werden zusätzlich phasenspezifische Dehnungspolfiguren mittels Neutronenbeugung bestimmt. Weiterer Gegenstand der Projektfortsetzung ist die Erweiterung des Simulationsmodells SIMRES zur Berechnung der Scheindehnungen infolge der Oberflächeneffekte bei Neutroneneintauch-scans. Das bestehende Modell soll entsprechend erweitert werden, um (a) phasenspezifische Texturen und möglichst auch vorliegende Texturgradienten und (b) Werkstoffe mit chemischen Gradienten (D0-Gradienten) abbilden zu können. Diese Erweiterungen der Simulationssoftware erfolgt in enger Kooperation mit dem tschechischen Partner Dr. J. Šaroun. Schließlich werden am Ende der Projektzeit die Eigenspannungsanalysen an den mechanisch oberflächenbehandelten Duplexstählen und an den einsatzgehärteten Zuständen und unter Berücksichtigung der Softwareerweiterungen final ausgewertet und den unter Nutzung von komplementären Methoden bestimmten Eigenspannungsverteilungen gegenübergestellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Mitverantwortlich(e): Dr. Joana Rebelo Kornmeier
• Kooperationspartner: Dr. Jan Saroun