Untersuchung der Korngrenzen und Versetzungsübertragung unter Verwendung großer Deformationen mit einer Anwendung bei der Beschreibung von Nanoindentationstests

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Karsten Durst; Dr.-Ing. Habib Pouriayevali, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437367132

Korngrenzen spielen eine wichtige Rolle bei der bei der plastischen Verformung von Metallen, welche durch Versetzung getragen wird. Indentationen in der Nähe von Korngrenzen haben dabei durch einen sogenannten Konrgrenzen pop-in den Aufstau und die Transmission von Versetzungen durch Konrgrenzen gezeigt. Mit diesem Antrag wird die komplexe Wechselwirkung zwischen Versetzungen und Korngrenzen in einem thermodynamisch konsistentes Gradienten-Kristallplastizität Modell unter Berücksichtigung großer Deformationen beschrieben. Dabei werden sowohl energetische als auch dissipative Komponenten berücksichtigt. Zunächst wird eine Fließfunktion eingeführt, welche die Mikrotraktionen kontrolliert, die durch den Aufstau von Versetzungen an Korngrenzen erzeugt werden. Im weiteren Verlauf wird automatisch zudem der Einfluss der Misorientierung angrenzender Körner auf das Fließverhalten betrachtet. Das Modell wurde auf Grundlage eines neuen Ansatzes entwickelt und in ABAQUS implementiert. Die numerischen Simulationen werden experimentell durch Nanoindentation und elektronenmikroskopische Untersuchungen an bcc Referenzmaterialien unterstützt. Dabei wird der Korngrenzen pop-in in Abhängigkeit von der Korngrenzenmisorientierung mittels Berkovich und Kugelindenter untersucht. Die Nanoindentationen werden mit unterschiedlichen Dehnraten und Eindringtiefen durchgeführt und dabei der Einfluss des Abstandes zur Korngrenze und die relative Orientierung des Indenters berücksichtigt. Mittels sequentiellen Polierens und hochauflösenden Elektronen-Rückstreuuntersuchungen (HR-EBSD) werden weiterhin Orientierungsgradienten um Härteeindrücke im Korninneren sowie in der Nähe von Korngrenzen abgebildet. Mit diesem kombinierten theoretischen und experimentellen Ansatz wird eine bessere Beschreibbarkeit der komplexen Wechselwirkung zwischen Versetzungen und Korngrenzen angestrebt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen