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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-42344
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2011/4234/


Über die Wechselwirkung kurzer Ermüdungsrisse mit Korngrenzen - Systematische Experimente mit Focussed Ion Beam Microscope und mikrostruktureller Tomographie

Interaction between short fatigue cracks and grain boundaries - systematic experiments with focussed ion beam microscope and microstructural tomography

Schäf, Wolfgang

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SWD-Schlagwörter: Materialermüdung , Ermüdungsriss , Korngrenze , Bruchmechanik , Tomographie , Mikrostruktur
Freie Schlagwörter (Deutsch): Focused Ion Beam Microscope , FIB
Freie Schlagwörter (Englisch): short crack fatigue , grain boundary , fracture mechanics , FIB , tomography
Institut: Fachrichtung 8.4 - Werkstoffwissenschaften
Fakultät: Fakultät 8 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät III
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Schriftenreihe: Saarbrücker Reihe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Bandnummer: 26
Hauptberichter: Vehoff, Horst (Prof. Dr.-Ing.)
ISBN: 978-3-8440-0219-5
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 15.04.2011
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 28.07.2011
Kurzfassung auf Deutsch: Eine wesentliche Herausforderung der Gegenwart für die Werkstoffwissenschaft ist die Verbesserung des Widerstands metallischer Werkstoffe gegen die Ausbreitung mikrostruktureller Ermüdungsrisse. Im metallischen Gefüge verlangsamen Korngrenzen und Ausscheidungen die Ausbreitung kurzer Risse, es fehlt jedoch ein vollständiges quantitatives Verständnis dieser Hinderniswirkung. Ursache hierfür ist die Vielzahl an Parametern, die die Rissausbreitung beeinflussen: Lastamplitude, Risslänge, die Distanz zwischen Riss und Hindernis sowie die kristallographische Orientierung der Körner und der Hindernisse. Selbst die Untersuchung einer großen Anzahl kurzer Risse kann nicht ausreichend sein, um den Einfluss dieser Parameter unabhängig voneinander zu identifizieren. Weiterhin existieren bis heute wenige Untersuchungen zur dreidimensionalen Rissausbreitung unter der Oberfläche.
Das Focused Ion Beam Microscope (FIB) eröffnet neue Methoden für systematische Experimente und 3D-Studien zur Untersuchung des Einflusses der Mikrostruktur auf die Rissausbreitung. Mit dem Ionenstrahl können Mikrokerben auf den Gleitebenen ausgewählter Körner erzeugt werden, welche mit Electron Backscatter Diffraction (EBSD) charakterisiert sind. Unter zyklischer Last initiieren dreidimensional ebene Risse an den Mikrokerben in definierten Abständen zu den Korngren-zen. Mit dieser Technik ist es erstmals möglich, systematische Daten und dreidimensionale Einsichten der mikrostrukturellen Rissausbreitung in einer Nickelbasislegierung und in Stahl zu erhalten.
Kurzfassung auf Englisch: Increasing the microstructural resistance of metallic materials to short fatigue crack growth is a major task of today';s materials science. In this regard, grain boundaries and precipitates are well known to decelerate short cracks, but a quantitative understanding of the blocking effect is still missing. This is due to the fact that crack deceleration is influenced by many parameters: cyclic load, crack length, distance to obstacles, orientations of grains and obstacles. Even the examination of a huge number of short cracks would not be sufficient to identify the effect of these parameters independently, especially since fatigue crack growth is a 3D problem and investigations of the sub surface orientation of cracks and grain boundaries are scarce.
The Focused Ion Beam Microscope (FIB) offers new methods for systematic ex-periments and 3D-investigation of short fatigue cracks that will help to quantify the microstructural impact on short fatigue crack growth. The ion beam is used to cut micro notches in selected grains on the surface of samples characterised by Electron Backscatter Diffraction (EBSD). Plane fatigue cracks initiate under cyclic loading in defined distances to the grain boundaries. By this technique it is possible for the first time to present quantitative data to describe the effect of grain boundaries on short fatigue cracks in nickel based superalloys as well as in mild steels.
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