Institut für Werkstofftechnik Mönchebergstraße 3 www.ifw-kassel.de Universität Kassel D-34109 KasselArbeitsgruppe: Prof. Dr. rer. nat. Angelika Brückner-Foit

Institut für Werkstofftechnik

Bruchmechanik an nicht standardisierten Proben

Zur Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte von Werkstoffen werden im Normalfall standar-disierte Proben verwendet. Dies erfolgt unter der Voraussetzung, dass der Werkstoff hinsichtlich seiner Eigenschaften als homogen und isotrop angenommen werden kann. Es existieren jedoch Problemstellungen, bei denen standardisierte Messungen keine korrekten Ergebnisse liefern können oder die Anwendung von Normproben nicht möglich ist. Dies zeigt sich besonders bei folgenden Fragestellungen:

• BruchmechanischeUntersuchungen an mikrostrukturell kurzen Rissen• BruchmechanischeUntersuchungen an fertigen Bauteilen

Mikrostrukturell kurze RisseDas Verhalten kurzer Risse wird maßgeblich durch die Eigenschaften der Mikrostruktur beein-flusst. Dagegen sind standardisierte Proben fürdie Bestimmung von makroskopischem Rissver-halten konzipiert und zumeist für die Beobach-tung kurzer Risse ungeeignet. Für diese Fragestel-lungen werden je nach Anwendung verschiedenste Probengeometrien verwendet und die Starter-kerben an den interessanten Stellen zum Beispiel mittels FIB (focused iron beam) eingebracht. So können Risse an ganz bestimmten Stellen im Werk-stoff erzeugt und das Risswachstumsverhalten in diesem Bereich beobachtet werden.

Bauteilnahe UntersuchungenSowohl der Herstellungsprozess als auch die Einsatzbedingungen können die Werkstoff-kenn-werte signifikant verändern. Aus diesem Grundist es notwendig, die Eigenschaften des fertigen Bauteils und gegebenenfalls auch deren Verände-rungen im Einsatz zu kennen.

verschiedene Probenformen

TiAl-Probe mit Starterkerbe (FIB) und Riss

EntnahmevonProbenauseinerGastur-binenschaufel

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Daraus folgt die Notwendigkeit die Proben direkt aus dem fertigen Bauteil zu entnehmen, was schnellzudemProblemführt,dassdieGeometriedes Bauteils keine Entnahme von standardisierten Proben zulässt. In diesem Fall muss ebenfalls auf eine angepasste Probengeometrie zurückgegriffen werden.

Das Fachgebiet Qualität und Zuverlässigkeit besitzt zur Beobachtung und Längenbestimmung von Rissen in (nicht standardisierten) bruchme-chanischenProbendiverseGeräte.

• Potentialsondezurelektrischen Risslängenmessung• MotorisierteMessmikroskopezum ScannenvonProbenoberflächen während des Versuchs• Zugmodulfürin-situMessungenim Rasterelektronenmikroskop

Mit Hilfe dieser Geräte lassen sich neben Riss-wachtumsraten detaillierte Informationen über die Einflüsse bestimmter werkstofflicher Besonder-heiten gewinnen und visualisieren. So ermögli-chen motorisierte Messmikroskope beispielsweise die Aufnahme der Rissentwicklung während des Versuchs.

Zusätzlich lassen sich mit Hilfe eines Miozugmo-duls im Rasterelektronenmikroskop Messungen bei hohen Vergrößerungen unter definierter Lastdurchführen. Hier können mit Hilfe der digitalen Bildanalyse zum Beispiel Dehnungsfelder an der Rissspitze oder die Rissöffnung bei bestimmter Last ermittelt werden.

Ihr Ansprechpartner:

Florian KuhnE-mail:florian.kuhn@uni-kassel.deTel.: +49 561 804-3696

Scannen einer Mikroprobe mit einem motorisierten Messmikroskop

ScaneinerProbenoberflächemitStar-terkerbe und Riss

Probe mit RissDehnungsfeld an der Rissspitze