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Schwingfestigkeit und Mikrostruktur von ultrafeinkörnigem C45

  • Es gibt vielfache Ansätze, die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen zu verbessern, wobei in den meisten Fällen mit einer Erhöhung der quasistatischen Festigkeit eine Verringerung der Duktilität einhergeht. Bei ultrafeinkörnigen Werkstoffen ist diese Verringerung des Verformungsvermögens, aufgrund des dominierenden Verfestigungsmechanismus der Korngrenzenverfestigung, nicht zwangsläufig die Folge. Bei der Forschung mit Werkstoffen, die eine sehr kleine Korngröße aufweisen, stellt dieser Aspekt die Hauptmotivation dar. Im Rahmen der aktuellen Arbeit wurden mehrere ultrafeinkörnige Modifikationen des Vergütungsstahles C45 mikrostrukturell, mit Hilfe von Raster- sowie Transmissionselektronenmikroskopie, aber auch Nanoindentation charakterisiert. Es konnten verbreitet Korngrößen unter 1 µm festgestellt werden, was der Definition ultrafeinkörnig entspricht. Anschließend folgte eine Korrelation der zyklischen Eigenschaften, welche mittels 4-Punkt-Mikrobiegeversuchen untersucht wurden und der Mikrostruktur. Da die hochfesten Ausprägungen der ultrafeinkörnigen Modifikationen in großen Teilen Rissinitiierung an nichtmetallischen Einschlüssen zeigten, erfolgte eine bruchmechanische Betrachtung mittels Spannungsintensitätsfaktoren. Als Quintessenz der vorliegenden Arbeit steht ein Modell, welches die Ermüdungseigenschaften von ultrafeinkörnigen Werkstoffen zusammenfasst. Mehrere Eigenschaften, wie das Auftreten von innerer Rissinitiierung, sowie insgesamt die extrem hohen Härten und Ermüdungsfestigkeiten (vergleichbar mit bainitisiertem 100Cr6), wurden im Rahmen der Arbeit erstmals bei diesen Modifikationen nachgewiesen und gehörten zuvor nicht zum Stand der Technik.
  • There are many approaches to improve the mechanical properties of materials. In the most cases an increase in quasistatic strength is followed by a decrease in ductility. In the field of ultrafine grained materials this decrease is, because of the dominant strengthening mechanism of grain boundary strengthening, not a necessary conse-quence. The main motivation, when investigating materials with very small grain sizes, depends on this aspect. During this work different ultrafine grained modifications of the standard tempering steel C45 were microstructurally, by means of scanning electron as well as transmission electron microscopy and nanoindentation, characterized. Prevalent grain sizes in the regime under 1 µm were detected what is inside the definition of an ultrafine grain size. This is followed by a correlation of the cyclic properties, which were determined by 4-point-microbending, and the microstructure. A consideration of fracture mechanics took place because of the high-strength behavior of the ultrafine grained modifications with crack initiation mostly at nonmetallic inclusions. As bottom line of the actual work a model was created that summarizes the cyclic behavior of ultrafine grained materials. Different characteristics like the observation of crack initiation at interior nonmetallic inclusions as well as the extreme hardness and fatigue strength (comparable with autempered 100Cr6) were mentioned for the first time when regarding these modifications and not state of the art before.

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Metadaten
Author:Christoph Ruffing
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-40382
Advisor:Eberhard Kerscher
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2015/03/25
Year of Publication:2015
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2015/02/19
Date of the Publication (Server):2015/03/26
Tag:Schwingfestigkeit; Ultrafeinkörnig
Number of page:VII, 135
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vom 13.02.2015