Komplexes Material-/Bruchverhalten & Schädigung

Die ständig steigenden Anforderungen an Werkstoffe führen zu immer neuen Herausforderungen bezüglich der Beanspruchbarkeit, der Schädigungsresistenz und dem Bruchverhalten sowie an die Charakterisierung dieser Eigenschaften. Das MCL setzt in diesem Bereich auf seine jahrelange Erfahrung und auf die Kombination von modernsten experimentellen Charakterisierungsmethoden gekoppelt mit innovativen Simulationstechniken.

 

Es folgt eine kleine Auswahl von repräsentativen Themen, mit denen sich das MCL in diesem Bereich beschäftigt:

Sprödbruch – Gefügeelemente

Ein sprödes Versagen von Materialen ist, unabhängig von der Anwendung, stets unerwünscht, da es meist ohne nennenswerte Verformung und somit ohne Vorwarnung eintritt. Um sprödes Versagen zu verhindern, müssen vor allem die versagensrelevanten Gefügebestandteile zuverlässig identifiziert werden können.

 

Die Mechanismen des Sprödbruchs bzw. des spröd/zäh-Überganges von Stählen sind ein zentrales Forschungsthema in mehreren Projekten im Bereich Werkstofftechnik am MCL.

 

Am MCL werden die in der Realität auftretenden komplexen Belastungssituationen durch gezielte mechanische Experimente nachgestellt und die resultierenden Belastungen mittels Finite-Elemente-Simulationen sichtbar gemacht. Dadurch entsteht die Möglichkeit, versagensbestimmende Gefügebestandteile auch in äußerst komplex aufgebauten Materialen zu identifizieren.

Risse in WC-Co Hartmetallen

WC-Co Hartmetalle sind eine bedeutende Hartstoffklasse, aus denen Strukturbauteile und Werkzeuge zur Bearbeitung von Werkstücken hergestellt werden. Das Versagensverhalten von Hartmetallen ist defektkontrolliert, d.h. die Größe von Materialinhomogenitäten, die sie wie andere Materialien enthalten, ist eng mit ihrem Versagensverhalten verknüpft.

 

Zur Minimierung von Größe und Häufigkeit von Defekten in Hartmetallen forscht das MCL an der Verbesserung von Herstelltechnologien und Bearbeitungstechniken. Dies passiert in enger Kooperation mit zahlreichen Firmenpartnern sowie mit wissenschaftlichen Partnern wie dem Erich Schmid Institut der österreichischen Akademie der Wissenschaften, dem Institut für Metallphysik und dem Institut für Struktur und Funktionskeramik der Montanuniversität Leoben. 

Belastung und Schadensmechanismen in Werkzeugen

Hartmetalle weisen gegenüber Stählen eine deutlich höhere Beständigkeit gegen abrasiven Verschleiß und plastische Verformung auf, wodurch sich Hartmetalle für eine Verwendung in z.B. für zyklisch höchst belastete Feinschneidewerkzeuge anbieten. Da jedoch durch diese extremen Beanspruchungen auch das Hartmetall einer Schädigung unterliegt, ist es nötig das Werkstoffversagen genauestens zu analysieren.

Dies geschieht durch detaillierte Computersimulationen, in denen der Schnittvorgang in Fertigungsprozessen wie z.B. Feinschneiden oder Fräsen modelliert wird. Dadurch lassen sich konkrete Aussagen zur Belastung jener Zone machen, von dem das Werkzeugversagen ausgeht. Dies bildet die Basis für eine zielgerichtete Verbesserung der Werkzeuggeometrie, der Oberflächenbearbeitung und des inneren Aufbaus der Werkzeuge.