Ermittlung zähbruchmechanischer Kennwerte unter schlagartiger Belastung mittels Schallemission

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Weiterentwicklung von Verfahren zur Ermittlung der Rißeinleitungszähigkeit (Jid) unter schlagartigen Belastungsbedingungen. Als Indikationsmethode für die duktile Rißinitiierung wurde die Messung der unter Beanspruchung im Werkstoff freigesetzten elastischen Energie - der Schallemission (SE) - genutzt.

Die Eignung dieser Methode wurde im instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch an modifizierten ISO-V-Proben geprüft. Als zuverlässige Basis für eine Beurteilung der damit bestimmten Kennwerte wird die physikalische Rißinitiierungszähigkeit angesehen. Dieser Referenzwert wird in Verbindung mit der Messung der Stretchzonenbreite aus der nach der Mehrpro-ben-Spaltbruchmethode ermittelten Rißwiderstandskurve gewonnen. Die Bestimmung des SE-definierten Initiierungswertes wurde mit zusätzlichen dynamischen Einprobenverfahren (Laser-COD, magnetische Emission) und ergänzenden Versuchsanordnungen (invertiertes Pendelschlagwerk, dynamischer Dreipunktbiegeversuch) verifiziert. Die Untersuchungen wurden an Stählen mit unterschiedlichen Festigkeits-Zähigkeitseigenschaften durchgeführt.

Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Nach dem Aufprall des Hammers führen die rasch wechselnden Kontaktbedingungen zwischen Finne, Probe und Widerlager zu „schlagbedingter" SE, die frequenzselektiv nicht eliminiert werden kann. Geringfügige Änderungen der Kontaktgeometrie beeinflussen die schlagbedingte SE.
• Unabhängig von der verwendeten Versuchsanordnung (normal, invertiert) wurden grund-sätzlich vergleichbare SE-Signale erhalten.
• Neben der schlagbedingten SE lassen sich reproduzierbar SE-Ereignisse nachweisen, die mit Verformungs- und Bruchprozessen im Werkstoff in Verbindung stehen. Bei prellfreier Belastung konnten solche SE-Ereignisse im Streckgrenzenbereich nachgewiesen werden.
• Vor dem Kraftmaximum treten „rißbedingte" SE-Ereignisse auf, die im Zusammenhang mit der Schädigungsentwicklung vor der Rißspitze stehen. Die damit definierte Rißinitiierungszähigkeit stimmt gut mit dem nach der Mehrproben-Technik bestimmten Referenzwert überein.
• Rißbedingte SE tritt nicht bei jedem Stahltyp oder -zustand mit gleicher Evidenz auf. Tendenziell zeigte sich, daß mit zunehmender Zähigkeit der Nachweis duktiler Rißinitiierung durch SE schwieriger wird. Der kausale Zusammenhang zwischen SE und mikrostruktureller Schädigung ist nicht eindeutig zu belegen.
• Auf der Grundlage der Ergebnisse können Kriterien zur automatisierbaren SE-Auswertung definiert werden.

Der durch rißbedingte SE definierte Zähigkeitsparameter wurde mit der physikalischen Rißinitiierungszähigkeit verifiziert. Obgleich die riß- von der schlagbedingten SE nicht immer ohne Ermessensspielraum zu trennen ist, werden plausible und im Vergleich zu technischen Parametern konservative Jid-Werte bestimmt.