Bestimmung von Materialkennwerten des spröd-duktilen Bruchverhaltens aus Small-Punch-Kleinstproben.

• Antragsteller: Professor Dr. Meinhard Kuna
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5429769

Der Small-Punch-Test stellt ein miniaturisiertes Werkstoffprüfverfahren zur Ermittlung mechanischer Werkstoffkennwerte an sehr kleinen scheibenförmigen Proben dar, die durch einen Stempel napfartig verformt werden. Aufgrund des überaus geringen Materialbedarfs eignet er sich ausgezeichnet für die "minimal-invasive" Prüfung des aktuellen Werkstoffzustandes von Anlagen und für die lokale Bestimmung ortsveränderlicher Werkstoffeigenschaften (Schweißverbindungen, Gradientenwerkstoffe u.ä.m.). Die Kraft-Verschiebungs-Kurve dieses Miniatur-Tiefziehversuchs enthält Informationen über elastischen, plastischen und schädigungsmechanischen Eigenschaften des Werkstoffs. Ziel des Vorhabens ist es, erstens eine Small-Punch-Apparatur für Prüftemperaturen von -150 bis +20°C zu konstruieren, mit der exemplarisch zwei Reaktorstähle im spröd-duktilen) Übergangsbereich und eine Zr02-Keramik untersucht werden. Zweitens sind mit Hilfe numerischer Simulation unter Verwendung schädigungsmechanischer Materialmodelle (BEREMIN-Modell) aus den primären Versuchsdaten des Small-Punch-Tests die relevanten Materialparameter im Bereich des spröden und spröd-duktilen Bruchverhaltens zu identifizieren. Dazu werden sowohl die WEIBULL-Parameter ermittelt, die das probabilistische Sprödbruchverhalten beschreiben, als auch die temperaturabhängigen wahren Fließkurven der Werkstoffe mit Hilfe Neuronaler Netze gewonnen. Durch Simulation von Bruchmechanikversuchen werden aus diesen Materialparametern Aussagen über die bruchmechanischen Werkstoffkennwerte KIc als Funktion der Prüftemperatur abgeleitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen