Wechselverformung von Metallen

Metalle und Legierungen werden in der technischen Praxis als Konstruktionswerkstoffe für Bauteile eingesetzt, die im Betrieb eine Wechselbeanspruchung erfahren. Als Folge dieser Beanspruchung laufen mikrostrukturelle Veränderungen ab, die sich makroskopisch im Wechselverformungsverhalten äußern und letztlich das Versagen des Bauteils verursachen können. Im vorliegenden Buch wird das zyklische Spannungs-Dehnungs-Verhalten metallischer Werkstoffe auf der Grundlage der mikrostrukturellen Vorgänge in wissenschaftlicher und gleichzeitig lehrbuchartiger Form behandelt. Die Einbeziehung der Mikrostruktur bei dieser Betrachtung dient dabei nicht nur zur Vertiefung des Verständnisses, sondern hat darüber hinaus das Ziel, ausgehend von einfachen Laborexperimenten, auf das Verformungsverhalten unter den meist komplexen Bedingungen des technischen Einsatzes schließen zu können. Es wird gezeigt, daß aufgrund der räumlichen Heterogenität 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 durchzuführen. Die Voraussetzungen, der Anwendungsbereich und Erweiterungsmöglichkeiten dieser Modellierung werden dargestellt.

Inhalt
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.- 2.2 Zum Spannungs-Dehnungs-Verlauf.- 3 Zur Form der Hysteresekurve.- 3.1 Hysteresenformparameter.- 3.2 Veränderung der Hysteresenform.- 4 Vielkomponentenmodelle.- 4.1 Das Masing-Modell (Parallelschaltung).- 4.2 Das Serienschaltungsmodell.- 4.3 Erweiterungen.- 4.4 Elastische Verzerrungsenergie.- 5 Die Versetzungsstruktur bei zyklischer Verformung.- 5.1 Versetzungsstruktur der zyklischen Sättigung.- 5.2 kfz Metalle mit welligem Gleitcharakter.- 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.- 7.3 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 zurBestimmung 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.- 10.2 Unlegierte Stähle im normalisierten Zustand.- 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.- 12.2 AlZnMgCu0,5 im Zustand maximaler Ausscheidungshärtung.- 12.3 AlZnMgCu0,5 im überalterten Zustand.- 12.4 AlZnMgCu0,5 im abgeschreckten Zustand.- 12.5 Interpretation des zyklischen Verformungsverhaltens.- 13 Gefügeumwandlung und dynamischen Reckalterung.- 13.1 Verformungsverhalten von X3CrNil8 9 bei Raumtemperatur.- 13.2 Das Verhalten von X3CrNi18 9 bei erhöhter Temperatur.- 14 Zum Anwendungsbereich des Incremental Step Tests.- 14.1 Wechselverfestigende Metalle und 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.- 15.3 Anwendung der Vielkomponentenmodelle.- Abschließende Bemerkungen.- A Werkstoffzusammensetzung und Wärmebehandlung.- A.1 Der Wälzlagerstahl 100Cr6.- A.2 Vielkristallines Kupfer.- A.3 Ck 10.- A.4 C 45.- A.6AlZnMgCu0,5.- 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.