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Institut für Werkstofftechnik Mönchebergstraße 3 www.ifw-kassel.de Universität Kassel D-34109 Kassel Arbeitsgruppe: 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: • Bruchmechanische Untersuchungen an mikrostrukturell kurzen Rissen • Bruchmechanische Untersuchungen an fertigen Bauteilen Mikrostrukturell kurze Risse Das Verhalten kurzer Risse wird maßgeblich durch die Eigenschaften der Mikrostruktur beein- flusst. Dagegen sind standardisierte Proben für die 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 Untersuchungen Sowohl der Herstellungsprozess als auch die Einsatzbedingungen können die Werkstoff-kenn- werte signifikant verändern. Aus diesem Grund ist 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 Entnahme von Proben aus einer Gastur- binenschaufel
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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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Institut für Werkstofftechnik Mönchebergstraße 3 www.ifw-kassel.de Universität Kassel D-34109 KasselArbeitsgruppe: Prof. Dr. rer. nat. Angelika Brückner-Foit
Institut für Werkstofftechnik
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:[email protected].: +49 561 804-3696
Scannen einer Mikroprobe mit einem motorisierten Messmikroskop
ScaneinerProbenoberflächemitStar-terkerbe und Riss
Probe mit RissDehnungsfeld an der Rissspitze
