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4. Experimentelle Datenbasis
A GW und A WEZ , die aus den MFT Proben resultieren, sind aufgrund des Geometrieeinflusses mit 10.4%
um 16% niedriger als die entsprechenden Werte, die mittels 8x40 Proben erzielt werden. Mit der MFT
Probe ("Nr. 3L(SG)") wird eine Gleichmaßdehnung von 3.4% für SG erreicht, die mehr als doppelt so
hoch ist wie der mit der 3x15 Probe ermittelte Ag SG Wert von 1.6%, s. Tabelle 4.8.
4.6 Metallographische Untersuchungen
Die Ermittlung der Schädigungsparameter für die Anwendung des GTN-Modells erfordert
metallographische Untersuchungen an den polierten Probenschliffen. Da das Schädigungsverhalten
basierend auf der Mikrostruktur beschrieben werden soll, stellen die metallographischen
Untersuchungen den Schwerpunkt des experimentellen Teils der Arbeit dar. Innerhalb dieser
Untersuchungen sollen die Informationen bezüglich der morphologischen Eigenschaften, chemischer
Zusammensetzung, Volumengehalts und der Verteilung von Partikeln gesammelt und bewertet werden.
Anschließend wird mit Hilfe der gewonnenen Informationen die Verbindung zu
Schädigungsparametern hergestellt. Letztendlich sollen am Ende die Empfehlungen in tabellarischer
Form bezüglich der Parameterwahl in der Abhängigkeit von den mikrostrukturellen Größen abgeleitet
werden.
Von jeder Stahlsorte wird im Bereich des Grundwerkstoffs und des Schweißguts ein Würfel mit der
Kantenlänge vom 10mm ausgeschnitten. Anschließend wird die zu untersuchende Fläche von 100mm²
poliert und unter dem Lichtmikroskop bei x200 Vergrößerung auf nicht-metallische Partikel analysiert.
Es wird angenommen, dass sich die großen Partikel mit den Radien zwischen 0.8 und 8 µm und
chemischer Zusammensetzung (Mg2Si-, MnS- oder Al2O3 Einschlüsse) bereits bei kleiner Belastung
von dem umgebenden Material ablösen werden. Die Partikel in dieser Größenordnung werden als
Einschlüsse bezeichnet, deren Volumen demnach als Initialhohlraumvolumen f0 betrachtet wird. Für
die Bestimmung von f0, werden unter x200 Vergrößerung die Volumina aller sichtbaren Einschlüsse,
die unter dem Lichtmikroskop als dunkle Objekte erscheinen, aufsummiert und auf die untersuchte
Fläche bezogen. An 5 beliebigen Stellen wird unter gleicher Vergrößerung das bezogene Volumen VP
der Einschlüsse sowohl für den Grundwerkstoff als auch für das Schweißgut ausgewertet. Der
Parameter f0 entspricht dann dem Mittelwert der bezogenen Volumina. Neben dem bezogenen Volumen
werden die Form, Größe und die Verteilung der Einschlüsse bestimmt. Als morphologische Parameter
wird der Formfaktor χ eingeführt, der beschreibt wie rund ein Einschluss ist. Der Formfaktor nimmt
bei kugelförmigen Einschlüssen den Wert 1 an, während sich bei variierender Rundheit Werte kleiner
als 1 ergeben. Weitere Parameter zur Erfassung der Größe und der Verteilung der Einschlüsse sind der
maximale (dmax) und minimale Durchmesser (dmin), der maximale (λmax), minimale (λmin) und der
mittlere Abstand (λmid) zwischen benachbarten Einschlüssen und die gesamte Anzahl NP der
detektierten Einschlüsse. In der Tabelle 4.9 bis Tabelle 4.13 sind die Ergebnisse der
metallographischen Untersuchungen für den GW und den SG der untersuchten Stähle
zusammengefasst.
Bis auf den minimalen Abstand λmin unterscheiden sich die Ergebnisse für GW und SG des Stahls S355
kaum voneinander, Tabelle 4.9. Der mittlere Formfaktor χmid mit einem Wert von 0.93 und 0.94 weist
darauf hin, dass es sich bei den meisten Einschlüssen um relativ runde Oxide handelt. Das
Anfangshohlraumvolumen f0 wird dem Volumen der großen Einschlüsse Vp von 0.00058 für GW und
0.00063 für SG gleichgesetzt. Die Elementgröße sollte zwischen 0.4mm und 0.8mm gewählt werden.
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