Prof. Dr. Martina Zimmermann Schadensanalyse MB. Vorlesung Schadensanalyse. Risse und Fraktographie Teil 1
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- Klaudia Roth
- vor 7 Jahren
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Transkript
1 Vorlesung Schadensanalyse Risse und Fraktographie Teil 1
2 Brucharten Darstellung von Bruchspezifikationen in perspektivischen Skizzen
3 Brucharten Mechanisch bedingte Risse und Brüche Gewaltbruch Schwingbruch Gleitbruch (Wabenbruch) Spaltbruch Mischbruch Transkristalliner Wabenbruch Interkristalliner Wabenbruch Transkristalliner Spaltbruch Interkristalliner Spaltbruch
4 Brucharten Grundformen des Gewaltbruchs Zug, Druck, Biegung, Torsion (97365) (τ-) Schubspannungsorientiert (σ-) Normalspannungsorientiert Spröder Gewaltbruch Energiearmer Bruch! geringe spez. Rissenergie bzw. Risszähigkeit Einflussfaktoren: Werkstoff Werkstoffzustand (z.b. Versetzungsdichte) Beanspruchungsgeschwindigkeit (z.b. stoßhaft) Spannungszustand (z.b. mehrachsig durch Kerben) Temperatur (z.b. T < TÜ)
5 Brucharten Spröder Gewaltbruch Makroskopisch - geringe oder keine sichtbare plastische Verformung - ebene Bruchfläche - Bruchfläche senkrecht zur größten Normalspannung - Bruchfläche körnig, kristallin stark reflektierend - Scherlippen am Rissende (! Änderung des Spannungszustandes) - z.t. faserige Struktur
6 Brucharten Spröder Gewaltbruch Makroskopisch - geringe oder keine sichtbare plastische Verformung - ebene Bruchfläche - Bruchfläche senkrecht zur größten Normalspannung - Bruchfläche körnig, kristallin stark reflektierend - Scherlippen am Rissende (! Änderung des Spannungszustandes) - z.t. faserige Struktur
7 Brucharten Spröder Gewaltbruch Mikroskopisch - transkristallin - Spaltflächen - Spalten kristallographischer Ebenen bei kfz und hdp Werkstoffen, bei Ferrit (100)-Ebenen - Stufen, Fließlinien - beim Überschreiten von Korngrenzen μ-rissbildung mit kleinen Stufen - Schraubenversetzungen - Zungen - Reaktion zwischen Hauptbruchebene und Zwillingen - Rosetten (Quasi-Spaltbruch) - Vereinigung vieler kleiner Anrisse Mikroskopisch - interkristallin - Korngrenzenflächen - Verunreinigungen auf den Korngrenzen
8 Brucharten Gleitbruch (Wabenbruch) Spaltbruch Transkristalliner Wabenbruch Interkristalliner Wabenbruch Transkristalliner Spaltbruch Interkristalliner Spaltbruch
9 Brucharten Zäher Gewaltbruch - hohe spez. Rissenergie bzw. Risszähigkeit - langsames Risswachstum Makroskopisch - ausgeprägte plastische Verformung vor dem Bruch - Scherlippen - mattes, seidiges Bruchaussehen - deutliche Einschnürung Mikroskopisch - Wabenbruch - Porenbildung um Einschlüsse, Orte hohe Spannungskonzentration - Zusammenwachsen der Poren! Waben duktile Werkstoffe bilden wenige, große, tiefe Waben sprödere Werkstoffe bilden viele, kleine, flache Waben
10 Brucharten Duktiler Gewaltbruch (Gleitbruch) Entstehung von trichterförmigen Waben bedingt durch Hohlraumbildung durch Versetzungsgleiten und Gleitbehinderung (Versetzungsaufstau) vor Hindernissen (Korngrenzen, Fremdphasen ) Durch Porenvergrößerung bei weiterer plastischer Dehnung entstehen Wände zwischen den Hohlräumen, die sich zu Schneiden ausziehen Größe und Tiefe der Waben nimmt mit Duktilität zu Zugbeanspruchung Biegung Torsion
11 Brucharten Gleitbruch (Wabenbruch)
12 Brucharten Quasi-spröder Gewaltbruch(Rosettenbruch) entsteht bei zunehmend eingeschränktem Verformungsvermögen Ausgehend von einem Zentrum verläuft die Rissfläche nahezu konzentrisch (spröd), wobei die einzelnen Bruchbahnen in Wabenfeldern abgefangen werden Wölbungen in den durch Kämme getrennten Bruchbahnen zeigen die Restduktilität des Werkstoffs
13 Brucharten Quasi-spröder Gewaltbruch (Rosettenbruch) entsteht bei zunehmend eingeschränktem Verformungsvermögen Ausgehend von einem Zentrum verläuft die Rissfläche nahezu konzentrisch (spröd), wobei die einzelnen Bruchbahnen in Wabenfeldern abgefangen werden Wölbungen in den durch Kämme getrennten Bruchbahnen zeigen die Restduktilität des Werkstoffs
14 Brucharten: Ermüdung Ermüdungsbruch Makroskopisch - makroskopisch verformungslos - matte, samtartige, glatte Bruchfläche - vielfach Rastlinien durch Rissstillstand, Wechsel der Belastung - Rastlinien konzentrisch um Ort des Rissbeginns angeordnet - Rissbeginn meistens an der Oberfläche - Fasern in Rissausbreitungsrichtung Wichtiges Kriterium für die Höhe der Belastung Verhältnis der Restbruchfläche zur Schwingbruchfläche
15 Brucharten: Ermüdung Ermüdungsbruch Mikroskopisch Gleitbänder auf der Oberfläche Schwingstreifen auf der Bruchfläche - Entstehung s. Rissausbreitung im Bereich Paris-Gleichung - Breite des Schwingstreifens da
16 Brucharten: Ermüdung Infolge der wechselnden Belastung können sich auf der Bruchfläche sogenannte Schwingstreifen ausbilden.
17 Brucharten: Ermüdung Rastlinien! Bitte nicht verwechseln: Rastlinien Bruchbahnen Schwingstreifen Infolge der wechselnden Belastung können sich auf der Bruchfläche sogenannte Schwingstreifen ausbilden.
18 Prof. Dr. Martina Zimmermann Brucharten: Ermüdung
19 Brucharten: Ermüdung Bruchfläche infolge Ermüdung in einem Cr-Mo-V-Stahl Bruchfläche infolge einer Umlaufbiegebeanspruchung in einem nichtrostenden Stahl Schwingbruch durch doppelseitige Biegung
20 Zusammenhang: Rissverlauf u. Beanspruchung
21 Zusammenhang: Rissverlauf u. Beanspruchung
22 Zusammenhang: Rissverlauf u. Beanspruchung
23 Brucharten: Ermüdung
24 Brucharten: Ermüdung
25 Brucharten: Ermüdung Antriebswelle eines Becherwerks: Bruchfläche zeigen die Merkmale eines Schwingbruchs durch umlaufende Biegung Rissinitiierung über große Bereiche des Umfangs nahezu gleichzeitig, daher hohe Kerbwirkung Die verhältnismäßig kleine Restbruchfläche und die Ausbildung der Rastlinien zeigen, dass die Nennbelastung nicht sehr hoch gewesen ist. Bisher Schwerpunkt auf der mechanischen Rissentstehung!
26 Brucharten: Ermüdung
27 Abschließende Bemerkungen Schwingbruch (Ermüdungsbruch) Makroskopisch/lichtmikroskopisch sind oftmals sog. Rastlinien zu erkennen, die bei plötzlichen Änderungen der Belastungsbedingungen (Amplitude, Mittellast) entstehen. Bruchbahnen sind Stufen zwischen parallelen Rissbereichen und verlaufen in Rissausbreitungsrichtung. Für Ermüdung typische Sekundärrisse bilden sich entlang der aktuellen Rissfront und laufen senkrecht in die Bruchfläche hinein. Schwingungsstreifen sind ggf. ein Abbild des Schädigungs-Prozesses.
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