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Vortrag (20 Min. Vortrag, 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Skalenübergreifende Vorhersage der Langzeitfestigkeit von EN-GJS-500-14

Freitag (20.09.2019)
10:00 - 10:30 Uhr Festsaal

Wegen seiner guten Prozessierbarkeit und hohen Zugfestigkeit bei gleichzeitig hoher Bruchdehnung ist mischkristallverfestigtes Gusseisen mit Kugelgraphit (EN-GJS-500-14) ein beliebter Werkstoff für Strukturbauteile. Viele dieser Komponenten müssen gegen schwingende Beanspruchung ausgelegt werden. Aus variierenden Abkühlbedingungen resultiert wandstärkenabhängig ein stark unterschiedliches Gefüge. Daraus ergeben sich lokale Beanspruchbarkeiten des Bauteils. Neben der ferritischen Matrix bestimmen u.a. Lunker, Poren und die Graphitmorphologie die Dauerfestigkeit des Werkstoffs. Während der Belastung können an Graphitkugeln und Lunkern Mikrorisse entstehen. In diesen Bereichen kann ein hoher Anteil akkumulierter plastischer Dehnung beobachtet werden. Bei makroskopischem Versagen nimmt der Hauptriss den energetisch günstigsten Weg durch das vorgeschwächte Material. In diesem Vortrag wird der Einfluss verschiedener Gefügeeigenschaften, wie z.B. der Graphitmorphologie, auf die Entwicklung mesoskaliger zyklischer Plastizität diskutiert. Dazu wird das Einspieltheorem auf mikromechanische Modelle angewandt. Mit dem Einspieltheorem kann durch Optimierung ein Lastraum ermittelt werden, für den die Struktur nicht aufgrund sich akkumulierender Plastizität versagt. Die homogenisierten Spannungen liefern eine konservative Abschätzung der lokalen Dauerfestigkeit. Für die Zuverlässigkeit der Ergebnisse ist die genaue Kenntnis der lokalen Spannungen im Gefüge von hoher Wichtigkeit. Eine Methode wird vorgestellt, mit der das Gefüge möglichst genau aus Schliffbildern rekonstruiert werden kann. Mit dem Modell wird der Einfluss verschiedener Graphitmorphologien auf die zyklische Beanspruchbarkeit quantifiziert. Die dafür notwendigen Modellparameter werden durch Nanoindentationsversuche abgeschätzt. Die Simulationsergebnisse werden mittels multivariater Datenanalyse interpretiert und erlauben Rückschlüsse zum Einfluss einzelner Gefügeparameter auf die Schwingfestigkeit. Die Simulation wird anschließend mit experimentellen Ergebnissen verglichen.

Sprecher/Referent:
Christian Gebhardt
RWTH Aachen University
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Christoph Broeckmann
    RWTH Aachen University
  • Alexander Bezold
    RWTH Aachen University