Mikroskopische Ursachen für Risswachstum

Risse sind für die Festigkeit eines Materials entscheidend. Die klassische Annahme ist, dass ein halb so großer Bauteil nur die Hälfte an Last tragen kann. Doch ein Riss der zur Hälfte durch ein Bauteil geht reduziert diese ertragbare Last auf einen Bruchteil. Dabei erzeugt der Riss durch seine scharfe und spitze Geometrie eine Spannungsüberhöhung an seiner Front, welche das Material an der Rissspitze versagen lässt. Dieses Versagen setzt sich durch das ganze Bauteil hindurch fort und führt zum Versagen. Spröde Materialien werden daher selbst durch mikroskopisch kleine Risse massiv geschwächt, wohingegen duktile Materialien den Riss abstumpfen lassen.

Metalle, welche eine sogenannte kubisch raumzentrierte Struktur haben, wie Eisen, Wolfram, Chrom, etc. nehmen dabei jedoch eine Sonderstellung ein. Bei tiefen Temperaturen verspröden sie schlagartig, da der Mechanismus zur Rissabstumpfung durch eine geringe Beweglichkeit der Atome unterbunden wird. Jedoch kann diese kritische Temperatur durch verschieden Effekte wie die Reinheit des Materials, Vorverformung oder Strahlbeschädigung verschoben werden.

Ziel des Projektes ist es mittels mikromechanischer Untersuchungsmethoden wie Mikrobiegebalken, kryogene Nanoindentierung und Transmissionselektronenmikroskopie den Einfluss der genannten Effekte auf die Verformbarkeit an Rissspitzen zu untersuchen und mittels der zugrundeliegenden Mechanismen ein Simulationsmodell für kubisch raumzentrierte Strukturen zu entwickeln.

Dieses Projekt ist Teil eines Projektes, für das Fördermittel des Europäischen Forschungsrats (ERC) im Rahmen des Programms der Europäischen Union für Forschung und Innovation „Horizont  2020“ bereitgestellt wurden. (microKIc – Microscopic Origins of Fracture Toughness; PI: Erik Bitzek)