ISBN 9783843944991

978-3-8439-4499-1, Reihe Werkstoffwissenschaften

Frank Kümmel
Ermüdungsverhalten und zyklische Lebensdauer von ultrafeinkörnigen lamellaren metallischen Verbundmaterialien

181 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2020), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Bauteile werden häufig zyklisch wechselnden Belastungen ausgesetzt. Hierbei kann es zum Materialversagen kommen, obwohl die aufgebrachten Spannungsamplituden deutlich kleiner sind als die Fließgrenze des Material. Die Aufgabenstellung dieser Dissertation lag in der Untersuchung der Schädigungsmechanismen und der Lebensdauer von ultrafeinkörnigen lamellaren metallischen Verbundmaterialien unter zyklischer Belastung. Hierzu wurden sowohl werkstoffartgleiche als auch werkstoffartfremde Verbundmaterialien mittels kumulativem Walzprozess hergestellt. Durch detaillierte mikrostrukturelle Untersuchungen vor, während und nach den Experimenten konnten die Material- und belastungsspezifischen Verformungs- und Schädigungsmechanismen abgeleitet werden.

Eine gezielte Material- und Herstellungswahl führte zu einer signifikanten Steigerung der zyklischen Lebensdauer in ultrafeinkörnigen lamellaren metallischen Verbundmaterialien im Vergleich zu grob- und ultrafeinkörnigen Monomaterialien. Die Ursache und das Maß der Steigerung waren hierbei stark von der Belastungsamplitude abhängig und konnten mit einer ausgeprägten Abhängigkeit des Rissausbreitungsverhalten vom Belastungsniveau erklärt werden. Die in dieser Arbeit gezeigte deutlich gesteigerte Lebensdauer der ultrafeinkörnigen lamellaren metallischen Verbundmaterialien ist auch von großem technologischen Interesse, da dies erreicht wurde ohne die Dichte des Materials zu erhöhen. Des Weiteren ist die Rissausbreitung in den ultrafeinkörnigen Verbundmaterialen deutlich verlangsamt. Bei einem ausreichend hohen Unterschied in der Festigkeit und einer oberflächennahen Schicht des festeren Materials wurde der Rissfortschritt an der Materialgrenzfläche sogar vollständig gestoppt. Dies würde die Sicherheit zyklisch beanspruchter Bauteile deutlich erhöhen, da ein schnelles Risswachstum, welches oftmals zu einem kritischen Versagen führt, ausgeschlossen werden kann.