Bruchmechanisches Verhalten von hochfesten Baustählen und deren Schweißverbindungen

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title = "Bruchmechanisches Verhalten von hochfesten Baust{\"a}hlen und deren Schwei{\ss}verbindungen",
abstract = "Durch den Einsatz von h{\"o}herfesten St{\"a}hlen in sicherheitskritischen Bauteilen wird neben der klassischen spannungsbasierten Auslegung die bruchmechanische Bewertung immer wichtiger. Dazu wurden zus{\"a}tzlich zu den mechanisch technologischen Eigenschaften auch die statischen und zyklischen bruchmechanischen Eigenschaften bestimmt. Folgende drei Schwerpunkte wurden in dieser Arbeit betrachtet: • Einfluss der Temperatur auf die mechanischen Eigenschaften eines thermomechanisch gewalzten und beschleunigt abgek{\"u}hlten (TMCP) Grundwerkstoffes. • Vergleich der Eigenschaften der W{\"a}rmeeinflusszonen eines TMCP und eines verg{\"u}teten (QT) Grundwerkstoffes der Festigkeitsklasse 620 MPa. • Vergleich einer Metallaktivgas- (MAG) und einer Unterpulver- (UP) Schwei{\ss}ung im geschwei{\ss}ten und im w{\"a}rmenachbehandelten Zustand. Die Temperaturabh{\"a}ngigkeit wurde mittels Kerbschlagbiegeversuchen und bruchmechanischen Untersuchungen (KJc-Werte) an compact tension (CT) und single edge notch bending (SENB) Proben bestimmt. Aus den Ergebnissen der Kerbschlagbiegeversuche wurde mit der in FITNET beschriebenen Methode eine Masterkurve bestimmt. Die Bestimmung der Masterkurve aus der Bruchz{\"a}higkeit erfolgte nach der ASTM E1921. Beim Vergleich der Masterkurven, die aus der Kerbschlagarbeit und den bruchmechanischen Versuchen bestimmt wurden, zeigt sich eine sehr gute {\"U}bereinstimmung. Des Weiteren wurde f{\"u}r den TMCP Werkstoff die Spaltbruchspannung mittels der FE-Berechnung und den experimentellen Ergebnissen bestimmt. Beim Vergleich des TMCP- mit dem QT-Grundwerkstoff zeigt der TMCP-Werkstoff in Hinblick auf die bruchmechanischen Untersuchungen deutliche Vorteile in der W{\"a}rmeeinflusszone. Bei der H{\"a}rtemessung und den Zugversuchen wird beim QT-Werkstoff eine wesentliche Erh{\"o}hung der H{\"a}rte bzw. Festigkeit der Feinkorn- und der Grobkornzone festgestellt. Hingegen zeigt der TMCP-Grundwerkstoff aufgrund seines niedrigen Kohlenstoffgehaltes keine wesentliche Aufh{\"a}rtung. Die untersuchte UP-Schwei{\ss}ung weist tendenziell h{\"o}here Festigkeitskennwerte als die MAG-Schwei{\ss}ung auf, gleichzeitig sind die Bruchdehnungen bei der UP-Schwei{\ss}ung etwas geringer. Bei den statischen sowie auch bei den zyklischen bruchmechanischen Versuchen werden bei den MAG-Schwei{\ss}ungen tendenziell h{\"o}here Risswiderst{\"a}nde ermittelt. Die W{\"a}rmenachbehandlung f{\"u}hrt zu einer Homogenisierung der mechanischen Eigenschaften. Bei der UP-Schwei{\ss}ung sind des Weiteren auch eine breitere W{\"a}rmeeinflusszone sowie eine h{\"o}here Korngr{\"o}{\ss}e in der Grobkornzone zu beachten.",
keywords = "Construction Steel, Fracture mechanics, Baustahl, Bruchmechanik",
author = "Andreas Horn",
note = "gesperrt bis 17-10-2019",
year = "2014",
language = "Deutsch",

}

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TY - BOOK

T1 - Bruchmechanisches Verhalten von hochfesten Baustählen und deren Schweißverbindungen

AU - Horn, Andreas

N1 - gesperrt bis 17-10-2019

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Durch den Einsatz von höherfesten Stählen in sicherheitskritischen Bauteilen wird neben der klassischen spannungsbasierten Auslegung die bruchmechanische Bewertung immer wichtiger. Dazu wurden zusätzlich zu den mechanisch technologischen Eigenschaften auch die statischen und zyklischen bruchmechanischen Eigenschaften bestimmt. Folgende drei Schwerpunkte wurden in dieser Arbeit betrachtet: • Einfluss der Temperatur auf die mechanischen Eigenschaften eines thermomechanisch gewalzten und beschleunigt abgekühlten (TMCP) Grundwerkstoffes. • Vergleich der Eigenschaften der Wärmeeinflusszonen eines TMCP und eines vergüteten (QT) Grundwerkstoffes der Festigkeitsklasse 620 MPa. • Vergleich einer Metallaktivgas- (MAG) und einer Unterpulver- (UP) Schweißung im geschweißten und im wärmenachbehandelten Zustand. Die Temperaturabhängigkeit wurde mittels Kerbschlagbiegeversuchen und bruchmechanischen Untersuchungen (KJc-Werte) an compact tension (CT) und single edge notch bending (SENB) Proben bestimmt. Aus den Ergebnissen der Kerbschlagbiegeversuche wurde mit der in FITNET beschriebenen Methode eine Masterkurve bestimmt. Die Bestimmung der Masterkurve aus der Bruchzähigkeit erfolgte nach der ASTM E1921. Beim Vergleich der Masterkurven, die aus der Kerbschlagarbeit und den bruchmechanischen Versuchen bestimmt wurden, zeigt sich eine sehr gute Übereinstimmung. Des Weiteren wurde für den TMCP Werkstoff die Spaltbruchspannung mittels der FE-Berechnung und den experimentellen Ergebnissen bestimmt. Beim Vergleich des TMCP- mit dem QT-Grundwerkstoff zeigt der TMCP-Werkstoff in Hinblick auf die bruchmechanischen Untersuchungen deutliche Vorteile in der Wärmeeinflusszone. Bei der Härtemessung und den Zugversuchen wird beim QT-Werkstoff eine wesentliche Erhöhung der Härte bzw. Festigkeit der Feinkorn- und der Grobkornzone festgestellt. Hingegen zeigt der TMCP-Grundwerkstoff aufgrund seines niedrigen Kohlenstoffgehaltes keine wesentliche Aufhärtung. Die untersuchte UP-Schweißung weist tendenziell höhere Festigkeitskennwerte als die MAG-Schweißung auf, gleichzeitig sind die Bruchdehnungen bei der UP-Schweißung etwas geringer. Bei den statischen sowie auch bei den zyklischen bruchmechanischen Versuchen werden bei den MAG-Schweißungen tendenziell höhere Risswiderstände ermittelt. Die Wärmenachbehandlung führt zu einer Homogenisierung der mechanischen Eigenschaften. Bei der UP-Schweißung sind des Weiteren auch eine breitere Wärmeeinflusszone sowie eine höhere Korngröße in der Grobkornzone zu beachten.

AB - Durch den Einsatz von höherfesten Stählen in sicherheitskritischen Bauteilen wird neben der klassischen spannungsbasierten Auslegung die bruchmechanische Bewertung immer wichtiger. Dazu wurden zusätzlich zu den mechanisch technologischen Eigenschaften auch die statischen und zyklischen bruchmechanischen Eigenschaften bestimmt. Folgende drei Schwerpunkte wurden in dieser Arbeit betrachtet: • Einfluss der Temperatur auf die mechanischen Eigenschaften eines thermomechanisch gewalzten und beschleunigt abgekühlten (TMCP) Grundwerkstoffes. • Vergleich der Eigenschaften der Wärmeeinflusszonen eines TMCP und eines vergüteten (QT) Grundwerkstoffes der Festigkeitsklasse 620 MPa. • Vergleich einer Metallaktivgas- (MAG) und einer Unterpulver- (UP) Schweißung im geschweißten und im wärmenachbehandelten Zustand. Die Temperaturabhängigkeit wurde mittels Kerbschlagbiegeversuchen und bruchmechanischen Untersuchungen (KJc-Werte) an compact tension (CT) und single edge notch bending (SENB) Proben bestimmt. Aus den Ergebnissen der Kerbschlagbiegeversuche wurde mit der in FITNET beschriebenen Methode eine Masterkurve bestimmt. Die Bestimmung der Masterkurve aus der Bruchzähigkeit erfolgte nach der ASTM E1921. Beim Vergleich der Masterkurven, die aus der Kerbschlagarbeit und den bruchmechanischen Versuchen bestimmt wurden, zeigt sich eine sehr gute Übereinstimmung. Des Weiteren wurde für den TMCP Werkstoff die Spaltbruchspannung mittels der FE-Berechnung und den experimentellen Ergebnissen bestimmt. Beim Vergleich des TMCP- mit dem QT-Grundwerkstoff zeigt der TMCP-Werkstoff in Hinblick auf die bruchmechanischen Untersuchungen deutliche Vorteile in der Wärmeeinflusszone. Bei der Härtemessung und den Zugversuchen wird beim QT-Werkstoff eine wesentliche Erhöhung der Härte bzw. Festigkeit der Feinkorn- und der Grobkornzone festgestellt. Hingegen zeigt der TMCP-Grundwerkstoff aufgrund seines niedrigen Kohlenstoffgehaltes keine wesentliche Aufhärtung. Die untersuchte UP-Schweißung weist tendenziell höhere Festigkeitskennwerte als die MAG-Schweißung auf, gleichzeitig sind die Bruchdehnungen bei der UP-Schweißung etwas geringer. Bei den statischen sowie auch bei den zyklischen bruchmechanischen Versuchen werden bei den MAG-Schweißungen tendenziell höhere Risswiderstände ermittelt. Die Wärmenachbehandlung führt zu einer Homogenisierung der mechanischen Eigenschaften. Bei der UP-Schweißung sind des Weiteren auch eine breitere Wärmeeinflusszone sowie eine höhere Korngröße in der Grobkornzone zu beachten.

KW - Construction Steel

KW - Fracture mechanics

KW - Baustahl

KW - Bruchmechanik

M3 - Dissertation

ER -