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Juni 2013
Markus Rüssel
Untersuchungen zum dehnratenabhängigen Fließspannungs-, Schädigungs- und Bruchzähigkeitsverhalten von drei hochfesten Eisenbasiswerkstoffen
Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung des dehnratenabhängigen Fließspannungs-, Schädigungs- und Bruchzähigkeitsverhaltens von drei hochfesten, am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden neuentwickelten Werkzeuglegierungen.
Zum Verständnis des gemessenen Werkstoffverhaltens wurden die Mikrostrukturen der Ausgangszustände der Untersuchungswerkstoffe umfassend charakterisiert.
Für die Ermittlung von Werkstoffkennwerten in Abhängigkeit der Dehngeschwindigkeit wurden, insbesondere bei hohen Dehnraten, spezielle Prüfaufbauten verwendet. Erstmalig wird die Schädigungs- und Mikrostrukturentwicklung in Abhängigkeit der Dehnrate bei Werkzeugstählen unter Druckbeanspruchung nachvollzogen. Die neuartigen Werkzeuglegierungen weisen eine moderate Dehnratenabhängigkeit der Fließspannungen auf. Im Vergleich zu konventionellen Werkzeugstählen sind die erreichten Druckfestigkeiten unter quasistatischer Beanspruchung deutlich höher. Die Verformungsfähigkeit wird bei schlagartiger Druckbeanspruchung durch eine erhöhte Karbidbruchrate sowie durch die Behinderung des Prozesses der Verformungsanpassung über die Korngrenzen reduziert. Eine verformungsinduzierte Umwandlung von metastabilem Restaustenit in α‘-Martensit tritt bei allen Legierungen unter Druckbeanspruchung auf. Die Höhe der Umwandlung ist abhängig vom Ausgangsrestaustenitgehalt, der aufgebrachten Verformung sowie der Dehngeschwindigkeit.
Ein Verfahren zur Ermüdungsrisserzeugung wird methodisch in der Art optimiert, dass eine normgerechte Einbringung eines Ermüdungsanrisses sowie die Durchführung zyklischer Risswachstumsversuche auch an spröden, hochfesten Werkstoffen möglich ist. Durch in-situ-Ermüdungsversuche erfolgt die Charakterisierung der inhärenten Vorgänge an der Rissspitze.
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