TY - BOOK

T1 - Rissfortschritt in duktilen Stählen unter zyklischer Belastung: Einfluss des Herstellungsverfahrens und der Lastgeschichte

AU - Zhou, Xiang

N1 - nicht gesperrt

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - Aufgrund der technischen Bedeutung und der Komplexität der Werkstoffermüdung beschäftigen sich zahlreiche Wissenschaftler mit diesem Thema. Sämtliche Berechnungen in der Praxis basieren auf den Ergebnissen aus Laborversuchen. Allerdings weichen die Laborergebnisse oft vom Verhalten realer Bauteile ab. Einer der Hauptgründe ist, dass der Rissfortschritt in realen Bauteilen von eigenspannungsbehafteten Herstellungsfehlern ausgeht. Die Eigenspannung lässt sich im Laborversuch schwierig nachweisen und wird in der Berechnung kaum berücksichtigt. Ein weiterer Grund ist die Lastgeschichte. Eine Änderung in der Lastamplitude ruft häufig eine Änderung in der Materialeigenschaft hervor, die das weitere Rissfortschrittsverhalten drastisch verändern kann. Diese Arbeit beschäftigt sich mit diesen zwei Thematiken. Sämtliche Ermüdungsversuche wurden an tief gekerbten 8-Punkt-Biege Proben an fünf ähnlichen Stählen ausgeführt. An einem Werkstoff wurden der Einfluss der Anrisserzeugung und der Effekt einer Überlast untersucht. Die Untersuchung erfolgt durch die Aufnahmen der Risswiderstandskurve (R-Kurve) für den Schwellwert der Spannungsintensitätsschwingbreite und der Rissfortschrittsrate. Zur Aufnahme der R-Kurve wird das Stufenweise-Lasterhöhungsverfahren verwendet. Die Risslänge wurde mittels der Potential-Drop Methode bestimmt. Die Ergebnisse der Ermüdungsrissfortschrittsversuche an ähnlichen Stählen mit Festigkeiten zwischen 500 und 100 MPa zeigen, dass die Fließspannung oder die Duktilität einen Einfluss auf das Rissfortschrittsverhalten haben. Die Werkstoffe mit hoher Festigkeit aber geringerer Duktilität weisen einen steilen Anstieg der R-Kurve für den Schwellwert und einen höheren Paris-Exponenten auf. Der Langrissschwellwert ändert sich aber kaum. Bei höheren Spannungsintensitätsschwingbreiten (ΔK) breitet der Riss sich in den Werkstoffen mit geringerer Duktilität schneller aus. Die Untersuchung des Einflusses der Anrisserzeugung liefert die folgenden Schlussfolgerungen: Bei der Anrisserzeugung durch Druckanschwingen soll ΔK möglichst klein sein und mit einer ausreichenden Anzahl von Zyklen durchgeführt werden. Eine zu große Amplitude oder unzureichende Anzahl von Zyklen führen zu einer Verschiebung der Risswiderstandskurve (R-Kurve für ΔKth) zu größerer Rissverlängerung. Um den Einfluss der Lastgeschichte auf den Schwellwert der Spannungsintensitätsschwingbreite zu verstehen, wurde der Einfluss von Überlasten auf das Risswachstumsverhalten an kurzen Anrissen studiert. Eine Zugüberlast hinterlässt eine plastisch verformte Zone, die den Schwellwert der Spannungsintensitätsschwingbreite unmittelbar danach erhöht. Nachdem der Riss durch die von der Überlast verursachte plastische Zone gewachsen ist, verursacht dieser Bereich eine weitere vorzeitige Berührung der Rissufer. Dieser Effekt kann mit anderen Rissschließmechanismen wie oxid-induziertes Rissschließen kombiniert werden und den Risswiderstand über eine längere Rissausbreitung erhöhen. Eine Drucküberlast hinterlässt hingegen eine plastisch verformte Zone, die die Rissausbreitung begünstigt. Die Risswiderstandskurve verschiebt sich zu größerer Rissverlängerung und resultiert in einer R-Kurve für den Schwellwert der Spannungsintensitätsschwingbreite mit einem flachen Anstieg.

AB - Aufgrund der technischen Bedeutung und der Komplexität der Werkstoffermüdung beschäftigen sich zahlreiche Wissenschaftler mit diesem Thema. Sämtliche Berechnungen in der Praxis basieren auf den Ergebnissen aus Laborversuchen. Allerdings weichen die Laborergebnisse oft vom Verhalten realer Bauteile ab. Einer der Hauptgründe ist, dass der Rissfortschritt in realen Bauteilen von eigenspannungsbehafteten Herstellungsfehlern ausgeht. Die Eigenspannung lässt sich im Laborversuch schwierig nachweisen und wird in der Berechnung kaum berücksichtigt. Ein weiterer Grund ist die Lastgeschichte. Eine Änderung in der Lastamplitude ruft häufig eine Änderung in der Materialeigenschaft hervor, die das weitere Rissfortschrittsverhalten drastisch verändern kann. Diese Arbeit beschäftigt sich mit diesen zwei Thematiken. Sämtliche Ermüdungsversuche wurden an tief gekerbten 8-Punkt-Biege Proben an fünf ähnlichen Stählen ausgeführt. An einem Werkstoff wurden der Einfluss der Anrisserzeugung und der Effekt einer Überlast untersucht. Die Untersuchung erfolgt durch die Aufnahmen der Risswiderstandskurve (R-Kurve) für den Schwellwert der Spannungsintensitätsschwingbreite und der Rissfortschrittsrate. Zur Aufnahme der R-Kurve wird das Stufenweise-Lasterhöhungsverfahren verwendet. Die Risslänge wurde mittels der Potential-Drop Methode bestimmt. Die Ergebnisse der Ermüdungsrissfortschrittsversuche an ähnlichen Stählen mit Festigkeiten zwischen 500 und 100 MPa zeigen, dass die Fließspannung oder die Duktilität einen Einfluss auf das Rissfortschrittsverhalten haben. Die Werkstoffe mit hoher Festigkeit aber geringerer Duktilität weisen einen steilen Anstieg der R-Kurve für den Schwellwert und einen höheren Paris-Exponenten auf. Der Langrissschwellwert ändert sich aber kaum. Bei höheren Spannungsintensitätsschwingbreiten (ΔK) breitet der Riss sich in den Werkstoffen mit geringerer Duktilität schneller aus. Die Untersuchung des Einflusses der Anrisserzeugung liefert die folgenden Schlussfolgerungen: Bei der Anrisserzeugung durch Druckanschwingen soll ΔK möglichst klein sein und mit einer ausreichenden Anzahl von Zyklen durchgeführt werden. Eine zu große Amplitude oder unzureichende Anzahl von Zyklen führen zu einer Verschiebung der Risswiderstandskurve (R-Kurve für ΔKth) zu größerer Rissverlängerung. Um den Einfluss der Lastgeschichte auf den Schwellwert der Spannungsintensitätsschwingbreite zu verstehen, wurde der Einfluss von Überlasten auf das Risswachstumsverhalten an kurzen Anrissen studiert. Eine Zugüberlast hinterlässt eine plastisch verformte Zone, die den Schwellwert der Spannungsintensitätsschwingbreite unmittelbar danach erhöht. Nachdem der Riss durch die von der Überlast verursachte plastische Zone gewachsen ist, verursacht dieser Bereich eine weitere vorzeitige Berührung der Rissufer. Dieser Effekt kann mit anderen Rissschließmechanismen wie oxid-induziertes Rissschließen kombiniert werden und den Risswiderstand über eine längere Rissausbreitung erhöhen. Eine Drucküberlast hinterlässt hingegen eine plastisch verformte Zone, die die Rissausbreitung begünstigt. Die Risswiderstandskurve verschiebt sich zu größerer Rissverlängerung und resultiert in einer R-Kurve für den Schwellwert der Spannungsintensitätsschwingbreite mit einem flachen Anstieg.

KW - Rissfortschritt

KW - Lastgeschichte

KW - Überlasteffekt

KW - Rissschließmechanismen

KW - Anschwingbedingungen

KW - Crack propagation

KW - load history

KW - overload effect

KW - crack closure

KW - precracking

M3 - Dissertation

ER -