Neutron residual stress analysis for multiphase materials with depth gradients of the strain free / independent lattice parameter D0
Final Report Abstract
Im Rahmen des Kooperationsvorhabens können zusammenfassend über die gesamte Projektlaufzeit die nachfolgend aufgeführten Ergebnisse festgehalten werden: • Im Zuge der Beanspruchung der zwei untersuchten Duplexstähle im plastischen Bereich werden phasen‐ und {hkl}‐spezifische plastische Anisotropieeffekte (aufgrund interkristalliner Verformungen) beobachtet. Diese Effekte sind auch von der kristallographischen Textur in den beitragenden Phasen abhängig. Die Kenntnis dieser vom vorliegenden Werkstoffzustand abhängigen Effekte ist von immenser Wichtigkeit für die Auswertung der phasenspezifischen Eigenspannungen und deren Bewertung. • Mit Hilfe eines auf grob zweiphasige Werkstoffzustände angepassten EPSC‐Modells lassen sich grundsätzlich die {hkl}‐abhängigen Dehnungsentwicklungen von texturierten, zweiphasigen Werkstoffzuständen unter elasto‐plastischer Beanspruchung und damit auch die beanspruchungsabhängige Entwicklung der interkristallinen Dehnungen vorhersagen. Die Ergebnisse der numerischen Simulationen zeigen eine gute Übereinstimmung mit den in Beugungsexperimenten bestimmten Dehnungspolfiguren. • An grob zweiphasigen Werkstoffzuständen bewirken Beanspruchungen im plastischen Bereich, dass phasenspezifische und gitterebenenspezifische Mikroeigenspannungen induziert werden. Diese sind auch nach gängiger Präparation von Referenzproben zur Bestimmung des Gitter‐ parameters für den dehnungsfreien/‐unabhängigen Zustand, d.h. nach Freischneiden von kleinen Werkstoffvolumina (hier Würfel mit Kantenlänge von bis zu 2 mm) unverändert vorhanden und müssen folglich bei der Auswertung und der Bewertung von Eigenspannungen berücksichtigt werden. • Die Phasengehalte und das durch das Legierungskonzept und die Herstellungsroute der Duplexstähle beeinflusste mechanische Verhalten der Phasen Austenit und Ferrit haben einen erheblichen Einfluss an das Lastaufteilungsverhalten und damit auf die Ausbildung der phasenspezifischen Mikroeigenspannungen. • Mechanisches Festwalzen von grob zweiphasigen Duplexstählen induziert vornehmlich Makroeigenspannungen. Der Einfluss von phasenspezifischen Mikroeigenspannungen vor allem auf die Berücksichtigung des Referenzwertes D0 ist vernachlässigbar. Es kann hier mit einem konstanten Referenzwert gearbeitet werden. • Einsatzhärten resultiert in starken chemischen Gradienten und damit zu starken tiefenabhängigen Variationen im Referenzwert D0. Dies muss bei der Eigenspannungsauswertung unbedingt berücksichtigt werden. Hier haben sich zylindrische Referenzpins mit ø 3 mm als geeignet erwiesen, um den Gradienten in D0 hinreichend aufzulösen. In der verbesserten Version der Software SIMRES und STRESSFIT können bei Vorliegen von chemischen Gradienten und für gekrümmte Oberflächen die Scheindehnungen bei Neutronen‐Eintauchscans zur Analyse oberflächennaher Eigenspannungsgradienten effektiv korrigiert werden. Die für einsatzgehärtete Zustände bestimmten neutronographischen Eigenspannungsverteilungen stimmen in Ober‐ flächennähe gut mit den Ergebnissen von komplementären XRD‐Labormessungen überein.
Publications
-
Local Residual Stress Depth Distribution in the Inner Gearing of a Case Hardened Sliding Collar, Materials Science Forum Vol. 879 (2017), S. 601‐606
J. Gibmeier, J. Rebelo Kornmeier, T. Strauss
-
Neutron Strain Scanning of Duplex Steel Subjected to 4‐Point‐Bending with particular Regard to the Strain Free Lattice Parameter D0, Materials Research Proceedings 6 (2018), S. 15‐21
S. Pulvermacher, J. Gibmeier, J. Šaroun, J. Rebelo Kornmeier, F. Vollert, T. Pirling
-
Treatment of spatial resolution effects in neutron residual strain scanning, Physica B: Condensed Matter, Vol. 551 (2018), S. 468 – 471
J. Šaroun, J. Rebelo Kornmeier, J. Gibmeier, M. Hofmann
-
Fast neutron surface strain scanning with high spatial resolution, Materials Characterization Vol. 154 (2019), S. 53–60
J. Rebelo Kornmeier, M. Hofmann, V. Luzin, J. Gibmeier, J. Šaroun
-
Non‐destructive Neutron Surface Residual Stress Analysis, Journal of Nondestructive Evaluation (2019), 38:79
J. Rebelo Kornmeier, M. Hofmann, W. M. Gan, J. Gibmeier, J. Šaroun
-
The influence of coverage for high frequency mechanical impact treatment of different steel grades, Journal of Materials Processing Technology, 277, (2019), S. 116437
J. Schubnell, C. Eichheimer, C. Ernould, A. Maciolek, J. Rebelo Kornmeier, M. Farajian
-
Sensitivity of reference stress‐ free values in welds residual stress calculation, Materials Science & Eng. A (2020), 789, 139680
J. Rebelo Kornmeier, M. Hofmann, J. Gibmeier, C.E. Truman
-
Neutron and X‐ray Diffraction Analysis of Macro and Phase‐Specific Micro Residual Stresses in Deep Rolled Duplex Stainless Steels, Materials 14 (2021), 1854
S. Pulvermacher, T. Bücker, J. Šaroun, J. Rebelo Kornmeier, M. Hofmann, J. Gibmeier
-
Factors influencing the sampled gauge volume (SGV) when measuring in the out of plane (normal) direction, 2022, Proceedings of ICRS11 – 11th International Conference on Residual Stresses ‐ Nancy – France – 27‐30th March 2022
R.C. Wimpory, M. Hofmann, J. Rebelo Kornmeier, J. Šaroun
-
Neutronographic Analysis of Load Partitioning and Micro Residual Stress Development in Duplex Stainless Steels, Crystals 2022, 12(10), 1378
S. Pulvermacher, T. Pirling, S. Cabeza, M. G. Zuern, M. Hofmann, J. Gibmeier
