Ermüdungsmechanismen eines Duplexstahls bei niedrigen Spannungsamplituden : experimentelle Charakterisierung und modellmäßige Beschreibung des Einflusses der Mikrostruktur auf die Lebensdauer
Ermüdungsmechanismen eines Duplexstahls bei niedrigen Spannungsamplituden : experimentelle Charakterisierung und modellmäßige Beschreibung des Einflusses der Mikrostruktur auf die Lebensdauer
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构建双工结构的机械装置：实验特性和模型设计
DOI：
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
Benjamin Dönges
中科院分区：
文献类型：
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作者：
Benjamin Dönges
论文/论文/论文/论文/论文/论文/论文/论文/论文/论文/论文/论文/论文/论文/论文Die am Beispiel eines奥氏体-铁质双相合金合金，dass plastische Verformung, Die siich in Form von Gleitbandern and spuren ausert， bei niedrigen Spannungsamplituden uberwigend in der奥氏体-铁质合金相合金。(1)德国科学与技术研究所，德国科学与技术研究所，德国科学与技术研究所，德国科学与技术研究所。Daraus的结果是：ende kurze Ermudungsrisse bleiben of inmitmites西部Kornes dauerhaft steen， ohne的结果是：dedee kurze Ermudungsrisse bleiben - ofmitmites西部Kornes duerhaft Barriere， dedesepielise东部korne - oderphasengrenze， wehselwirken。非均质弹性弹性和本征弹性。Hierdurch kann die Schubspannung和der Rissspitze entlang des potenziellen rissspikker absinken，也称durch das Wachsen des rissansteigent。die kann zu einem vollstandigen Abbau des不可逆Anteils der zyklischen Versetzungsbe-wegung and der Rissspitze fuhren，即不可逆Anteil die treibende Kraft for das Kurzrisswachstum darstellt。(2)暂时的、不确定的、不确定的；(3)不确定的、不确定的；(3)不确定的、不确定的。Phasengrenze abhangt。在各向异性弹性力学、晶体塑性力学和热塑性力学的基础上，建立了本征弹性力学和热塑性力学的实验模型，建立了应力力学和微振弹性力学的数学模型。三维三维三维仿真模型包括几何尺寸、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性、几何各向异性弹性等。
Diese Dissertationsschrift leistet einen Beitrag zur Aufklarung der Ermudungsmechanismen in zweiphasigen metallischen Werkstoffen bei niedrigen Spannungsamplituden bis in den Bereich sehr hoher Lastzyklenzahlen. Die am Beispiel eines austenitisch-ferritischen Duplex-Edelstahls durchgefuhrten Untersuchungen zeigen, dass plastische Verformung, die sich in Form von Gleitbandern und -spuren ausert, bei niedrigen Spannungsamplituden uberwiegend in der austenitischen Phase auftritt. Haufig werden an Kreuzungspunkten zwischen derartigen Austenit-Gleitspuren und Phasengrenzen, infolge des Aufstaus von Versetzungen gegen die Phasengrenze, Spannungskonzentrationen hervorgerufen, die zur Bildung von Risskeimen fuhren konnen. Daraus resultierende kurze Ermudungsrisse bleiben oft inmitten des ersten Kornes dauerhaft stehen, ohne dass sie mit einer mikrostrukturellen Barriere, wie beispielsweise einer Korn- oder Phasengrenze, wechselwirken. Der Grund hierfur liegt in der inhomogenen Spannungsverteilung in den Kornern aufgrund von anisotropen elastischen Eigenschaften und Eigenspannungen. Hierdurch kann die Schubspannung an der Rissspitze entlang des potenziellen Risspfades starker absinken, als sie durch das Wachsen des Risses ansteigt. Dies kann zu einem vollstandigen Abbau des irreversiblen Anteils der zyklischen Versetzungsbe-wegung an der Rissspitze fuhren, wobei dieser irreversible Anteil die treibende Kraft fur das Kurzrisswachstum darstellt. Daruber hinaus konnen kurze Ermudungsrisse durch Korn- oder Phasengrenzen (i) abgebremst, (ii) temporar aufgehalten oder gar (iii) dauerhaft gestoppt werden, was von den kristallografischen Orientierungsunterschieden zwischen dem Korn vor und hinter der Korn- bzw. Phasengrenze abhangt. Unter Berucksichtigung von anisotroper Elastizitat, Kristallplastizitat sowie fertigungs- und warmebehandlungsbedingten Eigenspannungen wurden die experimentell aufgedeckten Mechanismen der Risskeimbildung und des mikrostrukturdominierten Kurzrisswachstums numerisch nachgebildet. Mit Hilfe des entwickelten Simulationsmodells konnte gezeigt werden, dass neben der anisotropen Elastizitat der Korner und eventuell vorliegenden Eigenspannungen, insbesondere die dreidimensionale Geometrie der Mikrostruktur einen signifikanten Einfluss auf die Ermudungsschadigungsentwicklung hat.
This work contributes to the elucidation of those fatigue mechanisms in two phase metallic materials which are relevant for low stress amplitudes up to very high numbers of load cycles. The investigations were carried out on an austenitic-ferritic duplex stainless steel and revealed that plastic deformation occurs in form of dislocation glide along slip bands mainly in the austenitic phase leading to slip traces at the surface. Frequently, stress concentrations are in-duced by dislocations piling up in such slip bands against phase boundaries, possibly causing the formation of fatigue crack nuclei at intersection points between austenite slip traces and phase boundaries. Resulting short fatigue cracks often permanently stop in the middle of the first grain without interacting with microstructural barriers, such as a grain or phase boundary. The reason for this crack stop lies in the inhomogeneous stress distribution in the grains due to anisotropic elastic properties and residual stresses. Obviously, the shear stress at the crack tip decreases stronger along the anticipated crack path than the stress field in front of the crack increases with crack extension. Under these conditions, the irreversible fraction of cyclic dislocation motion at the crack tip vanishes and, hence, the driving force for the short fatigue crack propagation no longer exists. In addition, grain or phase boundaries (i) retard short fatigue cracks, (ii) block them temporarily or even (iii) stop them permanently. The obstacle strength against crack growth depends on the crystallographic orientation difference between the grain before and behind the grain or phase boundary. The experimentally revealed mechanisms of fatigue crack nucleation and microstructure-governed short fatigue crack growth were simulated taking into account crystal plasticity, anisotropic elasticity as well as residual stresses due to the heat treatment and manufacturing process of the material. It was clearly shown by means of the developed simulation model that in addition to the anisotropic elasticity of the grains and the residual stresses, the three-dimensional geometry of the microstructure has a significant impact on the fatigue damage development.