08.05.2014

Mikrostrukturelle Mechanismen der zyklischen Gleit- Irreversibilität. Gibt es einen Bezug zur Ermüdungslebensdauer?

Prof. Hael Mughrabi

Die Entstehung von Ermüdungsschäden in duktilen metallischen Werkstoffe beruht ganz wesentlich auf Irreversibilitäten der zyklischen Gleitung, die sich summieren und letztlich zur Bildung von Rissen führen. Wenngleich die Ermüdungsrisse in der Regel vor allem an der Oberfläche entstehen,  resultieren die verantwortlichen Gleitirreversibilitäten von mikrostrukturellen Vorgängen, die nicht nur an der Oberfläche sondern vor allem auch im Inneren des Werkstoffes ablaufen. Die quantitative Charakterisierung zyklischer  Gleitirrversibilitäten ist schwierig, daher liegen nur begrenzte experimentelle Daten vor. Allgemein gilt, dass die zyklische Gleitirreversibilität p, definiert als Quotient der irreversiblen und der gesamten Gleitung, um Größenordnungen variiert (0 < p < 1). Im Bereich sehr kurzer Lebensdauern liegt pnahe bei 1, wohingegen es bei sehr hohen Lebensdauern 4 bis 5 Größenordnungen kleiner ist. Gleichwohl können auch im letzteren Fall aufgrund der hohen Lebensdauern sehr große irreversible kumulierte Dehnungen erreicht werden.

Die maßgeblichen mikrostrukturellen Mechanismen der zyklischen Gleitirreversibilität, die sich von Material zu Material unterscheiden, werden am Beispiel von Untersuchungen an kubisch flächenzentrierten  Metallen und einphasigen und ausscheidungsgehärteten Legierungen sowie an kubisch raumzentrierten Metallen erläutert, wobei insbesondere auch auf die zyklische Gleitirreversibilität in persistenten Gleitbändern eingegangen wird.  

Schließlich wird die Frage aufgeworfen, ob ein Zusammenhang zwischen der zyklischen Gleitirreversibilität und der Ermüdungslebensdauer besteht. Basierend auf wenigen experimentellen Daten lässt sich zeigen, dass ein einfacher Zusammenhang als Potenzgesetz besteht. Letzteres kann als modifiziertes Coffin-Manson-Gesetz, in dem nur der irreversible Anteil der plastischen Dehnungsamplitude berücksichtigt wird, dargestellt werden. Die beiden auftretenden Konstanten hängen eng mit dem Ermüdungsduktilitätskoeffizienten beziehungsweise -exponenten zusammen.  

 

Institution: 
Department Werkstoffwissenschaften, Lehrstuhl Allgemeine Werkstoffeigenschaften, Universität Erlangen-Nürnberg, Deutschland

Date: 
Thursday, May 8, 2014 - 13:15

Speaker: 
Prof. Hael Mughrabi