Wechselverformung Von Metallen: Zyklisches Spannungs-Dehnungs-Verhalten Und Mikrostruktur

ISBN-13: 9783540539629 / Niemiecki / Miękka / 1991 / 403 str.

Hans-Ja1/4rgen Christ

Opis

Metalle und Legierungen werden in der technischen Praxis als Konstruktionswerkstoffe fur Bauteile eingesetzt, die im Betrieb eine Wechselbeanspruchung erfahren. Als Folge dieser Beanspruchung laufen mikrostrukturelle Veranderungen ab, die sich makroskopisch im Wechselverformungsverhalten aussern und letztlich das Versagen des Bauteils verursachen konnen. Im vorliegenden Buch wird das zyklische Spannungs-Dehnungs-Verhalten metallischer Werkstoffe auf der Grundlage der mikrostrukturellen Vorgange in wissenschaftlicher und gleichzeitig lehrbuchartiger Form behandelt. Die Einbeziehung der Mikrostruktur bei dieser Betrachtung dient dabei nicht nur zur Vertiefung des Verstandnisses, sondern hat daruber hinaus das Ziel, ausgehend von einfachen Laborexperimenten, auf das Verformungsverhalten unter den meist komplexen Bedingungen des technischen Einsatzes schliessen zu konnen. Es wird gezeigt, dass aufgrund der raumlichen Heterogenitat der plastischen Verformung Vielkomponentenmodelle zur Beschreibung des zyklischen Verformungsverhaltens physikalisch gerechtfertigt sind. Die statistische Behandlung zweier einfacher Modelle liefert mathematische Beziehungen, die es erlauben, eine quantitative Modellierung des Spannungs-Dehnungs-Verlaufes durchzufuhren. Die Voraussetzungen, der Anwendungsbereich und Erweiterungsmoglichkeiten dieser Modellierung werden dargestellt."

Spis treści

1 Zur Bedeutung des zyklischen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens.- 1.1 Zyklisches Spannungs-Dehnungs-Verhalten und Ermüdung.- 1.2 Empirische Lebensdauervorhersage.- 1.3 Rißausbreitungsgesetz nach Tomkins.- 1.4 Elastisch-plastische Bruchmechanik.- 2 Begriffe, Definitionen und gebräuliche Darstellungen.- 2.1 Darstellung der Meßdaten.- 2.1.1 Die Spannungs-Dehnungs-Hysteresekurve.- 2.1.2 Die Wechselverformungskurve.- 2.1.3 Die zyklische Spannungs-Dehnungskurve.- 2.1.4 Wöhlerdiagramme.- 2.2 Zum Spannungs-Dehnungs-Verlauf.- 2.2.1 Transiente Vorgänge.- 2.2.2 Materialerinnerung und weitere Phänomene.- 2.2.3 Zyklenzählmethoden.- 3 Zur Form der Hysteresekurve.- 3.1 Hysteresenformparameter.- 3.1.1 Das Hysteresenflächenverhältnis VH und der Verfestigungskoeffizient H.- 3.1.2 Die Bauschinger-Parameter.- 3.1.3 Rückspannung und Reibungsspannung in der Hysteresekurve.- 3.2 Veränderung der Hysteresenform.- 3.2.1 Nichtlineares elastisches Verhalten.- 3.2.2 Thermoelastischer Effekt.- 3.2.3 Magnetoelastischer Effekt.- 3.2.4 Abhängigkeit der Fließspannung von der Dehngeschwindigkeit.- 4 Vielkomponentenmodelle.- 4.1 Das Masing-Modell (Parallelschaltung).- 4.1.1 Die Modellvorstellung.- 4.1.2 Die wesentlichen Aussagen verdeutlicht am Zweikomponentenmodell.- 4.1.3 Statistische Behandlung des Masing-Modells.- 4.2 Das Serienschaltungsmodell.- 4.2.1 Die Modellvorstellung.- 4.2.2 Statistische Behandlung des Serienschaltungsmodells.- 4.2.3 Vergleich von Parallel- und Serienschaltung.- 4.3 Erweiterungen.- 4.4 Elastische Verzerrungsenergie.- 4.4.1 Graphische Bestimmung der elastischen Verzerrungsenergie.- 4.4.2 Berechnung der elastischen Verzerrungsenergie.- 5 Die Versetzungsstruktur bei zyklischer Verformung.- 5.1 Versetzungsstruktur der zyklischen Sättigung.- 5.1.1 Gleitcharakter, Beanspruchungsamplitude und Versetzungsanordnung.- 5.1.2 Einfluß von Stapelfehlerenergie und Nahordnung auf den Gleitcharakter.- 5.2 kfz Metalle mit welligem Gleitcharakter.- 5.2.1 Zyklische Spannungs-Dehnungskurve von Einkristallen.- 5.2.2 Versetzungsstruktur in Vielkristallen.- 5.2.3 Sekundäre zyklische Verfestigung.- 5.3 kfz Metalle mit planarem Gleitcharakter.- 5.4 Kubisch raumzentrierte Metalle und Legierungen.- 6 Die mikrostrukturelle Basis der Vielkomponentenmodelle.- 6.1 Fließspannung und Kornorientierung.- 6.2 Das persistente Gleitband als Parallelschaltung.- 6.3 Weitreichende innere Spannungen bei Vielfachgleitung.- 6.4 Zum Anwendungsbereich von Vielkörpermodellen.- 6.5 Anwendung des Masing-Modells auf Kupfereinkristalle.- 7 Abhängigkeit von einer mechanischen Vorgeschichte.- 7.1 Einfluß der Versuchsführung.- 7.2 Zyklische Beanspruchung nach Kaltverformung.- 7.2.1 Wellige Gleitung und hohe Beanspruchungsamplitude.- 7.2.2 Welliger Gleitcharakter und niedrige Beanspruchungsamplitude.- 7.2.3 Planares Gleitverhalten.- 7.3 Stufenweise Veränderung der Amplitude der Beanspruchung.- 7.4 Verhalten bei variierender Belastungsamplitude.- 8 Zur experimentellen Methodik.- 8.1 Beispiel für ein servohydraulisches Materialprüfsystem.- 8.2 Regelgrößen und Sollwertverlauf.- 8.3 Verbundmodelle und plastische Dehnung.- 8.4 Instabilität in der Hysteresekurve.- 8.5 Mikrostrukturelle Untersuchungsmethoden.- 9 Der Incremental Step Test.- 9.1 Der Incremental Step Test zur Bestimmung der zyklischen Spannungs-Dehnungskurve.- 9.2 Zyklenzählmethoden und Incremental Step Test.- 9.3 Werkstoffwöhlerlinie und Incremental Step Test.- 9.4 Ideal zyklisches Verformungsverhalten und Incremental Step Test.- 10 Werkstoffverhalten bei welligem Gleitcharakter.- 10.1 Vielkristallines Kupfer.- 10.1.1 Versuche mit konstanter plastischer Dehnungsamplitude..- 10.1.2 Verhalten im Incremental Step Test.- 10.1.3 Vergleich der Ergebnisse.- 10.2 Unlegierte Stähle im normalisierten Zustand.- 10.2.1 Besonderheiten bei der zyklischen Verformung unlegierter Stähle.- 10.2.2 Versuche mit konstanter plastischer Dehnungsamplitude..- 10.2.3 Verhalten im Incremental Step Test.- 10.2.4 Einfluß der Versuchsführung.- 10.3 Interpretation der Ergebnisse auf der Basis der Vielkörpermodelle.- 11 Verhalten bei planarem Gleitcharakter.- 11.1 Konstante Amplitude der plastischen Dehnung.- 11.2 Verhalten im Incremental Step Test.- 11.3 Zur Anwendung der Vielkomponentenmodelle.- 12 Der Einfluß der Teilchenhärtung.- 12.1 Zum Verformungsverhalten teilchengehärteter Legierungen.- 12.1.1 Einkristalline Legierungen.- 12.1.2 Reine Vielkristalle.- 12.1.3 Technische Legierungen.- 12.2 AlZnMgCu0,5 im Zustand maximaler Ausscheidungshärtung.- 12.2.1 Die Form der ersten Hysteresekurven.- 12.2.2 Verhalten bei konstanter plastischer Dehnungsamplitude..- 12.2.3 Verhalten bei veränderter plastischer Dehnungsamplitude..- 12.3 AlZnMgCu0,5 im überalterten Zustand.- 12.3.1 Verhalten bei konstanter plastischer Dehnungsamplitude..- 12.3.2 Verhalten im Incremental Step Test.- 12.4 AlZnMgCu0,5 im abgeschreckten Zustand.- 12.4.1 Verhalten bei konstanter plastischer Dehnungsamplitude..- 12.4.2 Verhalten im Incremental Step Test.- 12.5 Interpretation des zyklischen Verformungsverhaltens.- 13 Gefügeumwandlung und dynamischen Reckalterung.- 13.1 Verformungsverhalten von X3CrNil8 9 bei Raumtemperatur.- 13.1.1 Zur Gefügestabilität.- 13.1.2 Verhalten bei konstanter plastischer Dehnungsamplitude..- 13.1.3 Verhalten im Incremental Step Test.- 13.1.4 Vergleich des Verhaltens mit einphasigen metallischen Werkstoffen.- 13.2 Das Verhalten von X3CrNi18 9 bei erhöhter Temperatur.- 13.2.1 Die dynamische Reckalterung.- 13.2.2 Verhalten in Versuchen mit konstanter Amplitude der plastischen Dehnung.- 13.2.3 Die einheitliche Hysteresenform der Einstufenversuche.- 13.2.4 Verhalten im Incremental Step Test.- 13.2.5 Zusammenfassung und Vergleich der Ergebnisse.- 14 Zum Anwendungsbereich des Incremental Step Tests.- 14.1 Wechselverfestigende Metalle und Legierungen.- 14.1.1 Einphasige Metalle und Legierungen.- 14.1.2 Mehrphasige Legierungen.- 14.2 Wechselentfestigende Legierungen.- 14.3 Incremental Step Test und strukturierte Legierungen.- 14.4 Incremental Step Test bei erhöhten Temperaturen.- 14.5 Incremental Step Test und Zufallsbeanspruchung.- 15 Berechnung des Spannungs-Dehnungs-Verlaufes.- 15.1 Ideal zyklisches Verformungsverhalten.- 15.2 Analytische Beschreibung des Spannungs-Dehnungs-Verlaufes.- 15.2.1 Analytische Beschreibung eines Hysteresenastes.- 15.2.2 Berücksichtigung des Materialerinnerungsvermögens.- 15.3 Anwendung der Vielkomponentenmodelle.- 15.3.1 Bestimmung der Streckgrenzenverteilungsfunktion.- 15.3.2 Diskretisierung der Verteilungsfunktionen.- 15.3.3 Berechnung des Spannungs-Dehnungs-Verlaufes.- Abschließende Bemerkungen.- A Werkstoffzusammensetzung und Wärmebehandlung.- A.1 Der Wälzlagerstahl 100Cr6.- A.2 Vielkristallines Kupfer.- A.3 Ck 10.- A.4 C 45.- A.6 AlZnMgCu0,5.- A.7 Der austenitische Stahl X3CrNi18 9.- B Verschiedene Versionen des Incremental Step Tests.- B.1 Der konventionelle Incremental Step Test.- B.2 Der Incremental Step Test mit Beanspruchungsstufen.- B.3 Hochtemperatur-Incremental-Step-Test.- Liste der Symbole.