Entwicklung und Validierung einer skalenüberbrückenden Methode zur Beschreibung von Verformung und interkristallinem Bruch in Molybdän

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Es werden die grundlegenden Mechanismen des interkristallinen Bruchs untersucht und ein skalenübergreifendes numerisches Modell zur Vorhersage des Bruchverhaltens entwickelt. Dazu wird der Bruchprozess gedanklich in einen reinen Sprödbruchanteil entlang der Korngrenze und einen Anteil der plastischen Dissipation im Korninneren aufgespalten. Dies wird numerisch im Rahmen eines Finite-Elemente-Modells umgesetzt, in dem einzelne Körner vernetzt werden. Die plastische Verformung in den einzelnen Körnern wird mit Hilfe eines Kristallplastizitätsmodells beschrieben, das speziell für kubisch raumzentriertes Mo angepasst und auf die Berücksichtigung von polarisierten Versetzungsfeldern hin ausgerichtet wird. Entlang der Korngrenzen werden Kohäsivzonenelemente eingesetzt, um Rissentstehung und -wachstum entlang der Korngrenze zu berücksichtigen. Die verwendeten Kohäsivzonenmodelle werden dabei direkt mit Werkstoffkenngrößen parametrisiert, die aus ab initio Rechnungen der Dichtefunktionaltheorie gewonnen werden. Zur Kopplung der in diesem skalenüberbrückende Ansatz enthaltenen Längenskalen werden geeignete Skalierungsbeziehungen entwickelt. Das Ergebnis ermöglicht es, den Einfluss von Fremdatomen auf die Spaltarbeit quantitativ zu berücksichtigen. Sowohl einzelne Entwicklungsschritte (Plastizitätsmodell, quantitative Trends aus den ab initio Rechnungen) als auch die Vorhersagen des Gesamtmodells (Bruchzähigkeit in Abhängigkeit von der Fremdatomkonzentration) werden experimentell validiert. Als Modellsystem werden Molybdän Bikristalle mit verschiedenen Kohlenstoffgehalten ausgewählt.