Einfluss mesoskopischer und mikroskopischer Phasenverteilungen auf das Wachstumsverhalten physikalisch kurzer Risse

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss der meso- und mikroskopischen Phasenverteilung auf das Wachstumsverhalten physikalisch kurzer Risse unter Ermüdungsbelastung in metallischen Werkstoffen untersucht. Dazu werden physikalisch kurze Risse in einem Stahl und einer Aluminiumlegierung gezielt initiiert und bei einer definierten Belastung wachsen gelassen, um die Interaktion des Risses mit den unterschiedlichen Phasenverteilungen analysieren zu können. Zur Analyse des mesoskopischen Phaseneinflusses werden mittels geeigneter Methodiken physikalisch kurze Risse in einem thermo-mechanisch gradierten Bauteil aus Stahl untersucht. Gekennzeichnet ist dieses Bauteil, der Technologieträger „Flanschwelle“, durch eine gradierte Phasenverteilung, bestehend aus einem ferritisch-perlitischen und martensitischen Anteil, die durch einen Übergangsbereich verbunden sind. Die Beobachtung der Rissausbreitung von der ferritisch-perlitischen in die martensitische Phase erfolgt mittels langreichweitiger Mikroskopie, so dass die Risswachstumsdaten post-mortem mit dem vorliegenden Gefüge korreliert werden können. Durch umfassende Risspfad- und Bruchflächenauswertungen im REM werden während des Risswachstums beobachtete Effekte identifiziert und dem Gefüge zugeordnet. Auch das komplexe Phasenumwandlungsverhalten der thermo-mechanisch gradierten Bauteile im Zuge der Fertigung wird eingehend untersucht, um sowohl die Eigenschaften der Flanschwelle besser zu verstehen als auch fertigungsbedingte Störeinflüsse zu minimieren. Der mikroskopische Phaseneinfluss wird an der Aluminiumlegierung EN AW-6082 im maximal ausscheidungsgehärteten und überalterten Zustand an physikalisch kurzen Rissen untersucht, die nahe des Schwellenwerts unter Kmax-kontrollierter Versuchsführung wachsen. Durch Beobachtung des Risswachstums mit langreichweitiger Mikroskopie und anschließender EBSD-Analyse der Rissspitzenfelder wird die Interaktion zwischen Barrieren in der lokalen Mikrostruktur und dem physikalisch kurzen Riss aufgezeigt. In Verbindung mit umfassenden Risspfad- und Bruchflächenanalysen im REM kann so der Einfluss der mikroskopischen Phasenverteilung systematisch untersucht werden. Mit den im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelten Methodiken und gewonnenen Daten liegen nun vertiefte Erkenntnisse über den Einfluss meso- und mikroskopischer Phaseneinflüsse auf das Ausbreitungsverhalten physikalisch kurzer Risse in metallischen Werkstoffen vor.