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Zum Spannungs-Dehnungs-Verhalten von Baustählen bei Wechselbeanspruchung

  • Die Mehrzahl der bei der technischen Anwendung metallischer Werkstoffe auftretenden Versagensursachen sind Dauerbrüche. Trotz neuer grundlegender Erkenntnisse v.a. in den letzten zehn Jahren ist es bisher nicht gelungen, die zum Dauerbruch führenden Vorgänge vollständig zu erklären. Die bisher hauptsächlich an kubisch-flächenzentrierten Metallen sowohl an Einkristallen als auch mit vielkristallinen Proben durchgeführten Arbeiten zeigen, daß dem Eintreten des Dauerbruches eine Änderung der mechanischen Eigenschaften vorausgeht. Der Ausgangszustand des Werkstoffes, die Versuchstemperatur und die Beanspruchungsamplitude (Spannungs- oder Dehnungsamplitude) sind dafür maßgebend, ob eine Verfestigung oder eine Entfestigung des Materials eintritt. Bei den kubisch-raumzentrierten Metallen werden charakteristische, von den kubisch-flächenzentrierten Metallen abweichende mechanische Eigenschaften während der Wechselbeanspruchung beobachtet. Aus den bisher bekannten Ergebnissen wird in AnalogieDie Mehrzahl der bei der technischen Anwendung metallischer Werkstoffe auftretenden Versagensursachen sind Dauerbrüche. Trotz neuer grundlegender Erkenntnisse v.a. in den letzten zehn Jahren ist es bisher nicht gelungen, die zum Dauerbruch führenden Vorgänge vollständig zu erklären. Die bisher hauptsächlich an kubisch-flächenzentrierten Metallen sowohl an Einkristallen als auch mit vielkristallinen Proben durchgeführten Arbeiten zeigen, daß dem Eintreten des Dauerbruches eine Änderung der mechanischen Eigenschaften vorausgeht. Der Ausgangszustand des Werkstoffes, die Versuchstemperatur und die Beanspruchungsamplitude (Spannungs- oder Dehnungsamplitude) sind dafür maßgebend, ob eine Verfestigung oder eine Entfestigung des Materials eintritt. Bei den kubisch-raumzentrierten Metallen werden charakteristische, von den kubisch-flächenzentrierten Metallen abweichende mechanische Eigenschaften während der Wechselbeanspruchung beobachtet. Aus den bisher bekannten Ergebnissen wird in Analogie zum Verhalten bei einsinniger Belastung gefolgert, daß die anfängliche Verankerung von Versetzungen durch geringe Mengen von Verunreinigungen und Legierungselementen auch für die mechanischen Eigenschaften während Wechselbeanspruchung von Bedeutung sind. Das Ziel der Arbeit ist, durch die Fortführung der bisherigen Untersuchungen zu einer weiteren Klärung des Plastizierungsprozesses (und der daran beteiligten Vorgänge) beizutragen. Hierzu wurden an normalisierten Proben von St 37-3 und St 52-3 (DIN 17100) die Änderung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens und die Ultraschallschwächung nach dem Impuls-Echo-Verfahren untersucht. Bei der Besprechung der Versuchsergebnisse wurde in Analogie zum Mikro-Verformungsverhalten unter einsinniger Belastung davon ausgegangen, daß oberhalb der Grenz-Spannungsamplitude für das Auftreten eines feststellbaren mikroplastischen Anteiles der Dehnungsamplitude bereits im ersten Lastwechsel infolge örtlicher Spannungskonzentrationen vereinzelt Körner sich plastisch verformen. Diese sogenannten primär plastizierten Körner können beispielsweise über Versetzungsaufstauungen in ihren sich noch elastisch verhaltenden Nachbarkörnern hohe, der Korngröße zugeordnete Spannungen induzieren, wodurch diese Körner für eine Plastizierung besonders begünstigt werden. Unter Berücksichtigung der in den primär plastizierten Körnern stattfindenden Verfestigung läßt sich mit dieser Vorstellung der beobachtete Korngrößeneinfluß auf den Beginn der Verformungsweg-Amplitudenerhöhung erklären. Die spannungsinduzierte Diffusion längs der Versetzungslinie wurde als eine Möglichkeit erörtert, durch Teilchen verankerte Versetzungen auch bei äußeren Spannungsamplituden, die weit unterhalb der ursprünglichen Streckgrenze liegen, zu Versetzungsquellen zu aktivieren und damit den Einfluß der Spannungsamplitude, der Korngröße und der in den plastizierten Körnern bei der Verfestigung stattfindenden Reibspannungserhöhung auf den Plastizierungsprozeß zu beschreiben. Das Verhältnis aus der Spannungsamplitude, die in den sich elastisch verhaltenden Nachbarkörnern der bereits plastizierten Körner zu erwarten ist, und der Spannungsamplitude, die in allen anderen sich elastisch verhaltenden Körnern auftritt, den Verlauf des Plastizierungsvorganges bestimmt. Die Höhe der Grenz-Spannungsamplitude für das Eintreten einer merklichen Verformungsweg-Amplitudenerhöhung ergibt sich aus der Situation, daß infolge der Reibspannungserhöhung in den primär plastizierten Körnern die in den sich elastisch verhaltenden Nachbarkörnern wirksame Spannung nicht mehr ausreicht, die spannungsinduzierte Diffusion bis zur Aktivierung von Versetzungsquellen aufrechtzuerhalten. Die Diffusionskonstante entspricht ziemlich genau dem Wert für die Diffusion des Kohlenstoffes im Ferrit; es blieb dabei die Frage offen, ob dieser Wert der Diffusion im Versetzungsschlauch oder der Diffusion von der Matrix in dem Versetzungsschlauch zuzuordnen ist.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autor*innen:Helmut Veith
Dokumenttyp:Forschungsbericht
Veröffentlichungsform:Eigenverlag BAM
Schriftenreihe (Bandnummer):BAM Forschungsberichtreihe (8)
Sprache:Deutsch
Jahr der Erstveröffentlichung:1971
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM)
Verlagsort:Berlin
Jahrgang/Band:8
Erste Seite:1
Letzte Seite:68
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Technik / Technik, Technologie
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-4426
ISSN:0938-5533
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoAllgemeines Deutsches Urheberrecht
Datum der Freischaltung:13.08.2015
Referierte Publikation:Nein
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