Experimentelle Ermittlung des Elastizitätsmoduls von Cr(Re)/Al2O3-Verbundwerkstoffen

Abstract

Im Maschinenbau und der Werkstoffwissenschaft kommt dem Elastizitätsmodul eine grundlegende Bedeutung zu. Die Bestimmung des E-Moduls kann mittels Zugversuch, Drei-Punkt-Biegung und Ultraschall-Impuls-Echo-Verfahren erfolgen. Entwickelt wurden weitere experimentelle und numerische Verfahren, die alle Vor- und Nachteile haben und teilweise unterschiedliche Werte für den E-Modul eines Werkstoffs liefern. Es werden die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen sowie numerischer Modellierungen am Verbundwerkstoff Cr(Re)/Al2O3 (MMC) vorgestellt und verglichen. Die erhaltenen Ergebnisse belegen die Schwierigkeit einer genauen Ermittlung des Elastizitätsmoduls, insbesondere von Verbundwerkstoffen. Mögliche Gefügeinhomogenitäten dieser Werkstoffe wirken sich offensichtlich verschieden intensiv auf die angewandten unterschiedlichen Messprinzipien des E-Modules aus. Alle vier Verfahren nutzen verschiedene physikalische Vorgänge, um Rückschlüsse auf die elastischen Konstanten des Werkstoffs zu ziehen. Dabei spielen nicht nur lokale Phänomene wie Spannungsverteilung, Verfomungsamplitude und -geschwindigkeit eine entscheidende Rolle, auch eine akkurate Probenvorbereitung ist für die Minimierung des Ausmaßes an Fehlmessungen sehr bedeutend. Da die Drei-Punkt-Biegung sehr empfindlich auf Gefüge- und Oberflächenfehler reagiert, sollte sie nur dann eingesetzt werden, wenn keines der zerstörungsfreien Prüfverfahren zur Verfügung steht oder ein Vergleich mit schon vorhandenen Messungen dieses Verfahren erfordert. Die beiden vorgestellten FEM-Modelle können hilfreiche Hinweise bei der Werkstoffentwicklung liefern. Sie erlauben eine gute Vorhersage der elastischen Konstanten eines noch nicht entwickelten Verbundwerkstoffs