Die mechanischen Eigenschaften einzelner Phasen und ihr komplexes Zusammenwirken während verschiedener Umformprozesse einer heterogenen Mikrostruktur sind im Detail nicht vollständig verstanden. Dies gilt insbesondere für die selbst in modernen Stählen vorkommenden harten und sehr spröden nichtmetallischen Einschlüsse, deren (i) Gleitsysteme inklusive der kritischen Schubspannung, (ii) Bruchzähigkeit und Grenzflächen-Bruchzähigkeit sowie (iii) deren zulässige lokale plastische Dehnung an der Grenzfläche unbekannt sind. Ziel des Teilprojekts B03 ist es, die oben genannten Materialeigenschaften einzelner Phasen als Funktion der Probengröße zu messen. Darüber hinaus werden Versetzungs-Wechselwirkungsmodelle einzelner Grenzflächen auf Basis bi-kristalliner Experimente erstellt. Der Fokus des Teilprojekts B03 liegt dabei auf jenen Phasen, deren mechanische Eigenschaften in makroskopischen Experimenten nicht zugänglich sind.

Dafür werden einerseits die mechanischen Eigenschaften der einzelnen Phasen mittels miniaturisierter Druckversuche und bruchmechanischer Experimente ermittelt. Die angestrebten Probengrößen liegen, abhängig von der durch Umformung erzeugten Mikrostruktur, zwischen 100 nm und 15 μm. Ferner wird das komplexe Wechselwirken einzelner Phasen an ihrer Grenzfläche mit Druckversuchen an Bi-Kristallen gemessen. Alle hier angeführten Versuche werden an Ionen-polierten (mittels FIB) Proben in situ durchgeführt, d.h. zusätzlich zum mechanischen Verhalten wird die mikrostrukturelle Entwicklung via Rasterelektronenmikroskop (REM), Transmissionselektronenmikroskop (TEM) oder Mikro-Laue-Beugung (μLaue) quantitativ gemessen. Dies ermöglicht die Ermittlung von Mechanismen-basierten Werkstoffmodellen.

Um die Anzahl der zu untersuchenden Gefügebestandteile und Grenzflächen klein zu halten, werden typische mikrostrukturelle Positionen, an welchen Rissinitiierung auftritt, über das eng vernetzte Teilprojekt B02 identifiziert und im Anschluss von Teilprojekt B03 charakterisiert. Die einzelnen Werkstoffkennwerte, d.h. orientierungs- und größenabhängige Festigkeit der Einzelphasen sowie deren kritische Spannungsintensität, dienen allen Simulationsprojekten (insbesondere Teilprojekt C03 und C04) als reale Input-Parameter. Darüber hinaus liefern die Mechanismen-basierten, lokalen Versagensmodelle zukünftige Designkriterien für schadenstolerante Grenzflächen.

Projektleitung
Dr. mont. Christoph Kirchlechner
Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH (MPIE), Düsseldorf
Abteilung Struktur und Nano-/Mikromechanik von Materialien

Dr.-Ing. Dirk Ponge
Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH (MPIE), Düsseldorf
Abteilung Mikrostrukturphysik und Legierungsdesign

Projektbearbeitung
Chenhua Tian M.Sc.
Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH (MPIE), Düsseldorf