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000482023 245__ $$aMulti-scale model for fatigue in carbide rich tool steel$$cNgoc Anh Giang$$honline, print
000482023 246_3 $$aMehrskalenmodell  zur Versagensanalyse in karbidreichen Werkzeugstählen$$yGerman
000482023 246_3 $$aMulti scale model for fatigue in carbide-rich tool steel
000482023 260__ $$aAachen$$bShaker$$c2015
000482023 300__ $$aXVIII, 129 S. : Ill., graph. Darst.
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000482023 4900_ $$aWerkstoffanwendungen im Maschinenbau$$v6
000482023 500__ $$aAuch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
000482023 502__ $$aZugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014$$bDissertation$$cZugl.: Aachen, Techn. Hochsch.$$gFak04$$o2014-10-30
000482023 5203_ $$aKarbideiche Werkzeugstähle werden nicht nur in der Werkzeugindustrie, sondern auch für Maschinenelemente wie z.B. Lager, Dieselinjektoren und Verbindungselemente eingesetzt. Bauteile aus diesen Materialien sind häufig zyklischer Beanspruchung ausgesetzt. Ermüdung ist als wichtigste Versagensursache anzusehen, weil das Versagen ungefähr 90% aller metallischen Bauteile auf diese Fehlerursache zurückzuführen ist. Werkzeugstähle sind ebenfalls empfindlich gegenüber schwingender Beanspruchung. Die Ermüdungsfestigkeit dieser Werkstoffe hängt zudem empfindlich von den mikrostrukturellen Eigenschaften wie der Form, dem Grössenverhältnis, dem Volumenanteil und der Verteilung von primären und eutektischen Karbiden ab. Deshalb, werden neben dem Lastkollektiv die mikrostrukturellen Eigenschaften als die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Lebensdauer von Werkzeugkomponenten angesehen.Es ist bekannt, dass die Lebensdauervorhersage von Karbidreichen Werkzeugstählen unter schwingender Beanspruchung keine einfache Aufgabe ist. Aus diesem Grund ist es wichtig eine Wissensbasis über die Einflüsse der mikrostrukturellen Eigenschaften der Werkstoffe auf das Versagensverhalten aufzubauen. Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin schrittweise ein einfaches Modell sowie einen Rahmen zur numerischen Untersuchung der Einflüsse der mikrostrukturellen Eigenschaften auf die Langzeitfestigkeit (HCF) zu erstellen.Im Allgemeinen kann die Ausbreitung des Schwingbruchs in drei Stufen eingeteilt werden: Die anfängliche Rissbildung (Rissinkubation), Kurz- und Langrisswachstum. Diese drei Stufen des Risswachstums wurden von McDowell erfolgreich in einem so genannten mehrskaligen Versagensmodell (MSF) abgebildet. Um das Ermüdungsverhalten von Karbidreichen Werkzeugstählen zu modellieren, wurde das Modell vonMcDowell modifiziert und weiterentwickelt, um drei Längenskalen in Betracht ziehen zu können und ein mehrskaliges Ermüdungsmodell zu erhalten. Zur Darstellung der anfänglichen Rissbildung und des frühen Wachstumsstadium, wurde ein hierarchischer Ansatz angewandt und die Verweildauer in diesen Stadien durch ein Repräsentatives Volumen Element (RVE) unter Einbezug der lokalen zyklischen Mikroplastizität abgeschätzt.Die Stufe des Kurzrisswachstums setzt sich aus dem mikrostrukturellen Kurzriss- (MSC) und dem physikalischen Kurzrisswachstum (PSC) zusammen. Für das Kurzrisswachstum wurde die zyklische Verschiebung an der Öffnung an der Rissspitze (CTOD) als die treibende Kraft identifiziert. Von dieser Beziehung ausgehend wurde die Auswirkungen der mikrosturukturellen Ausprägung des Werkstoffs auf das zyklische Kurzrisswachstum explizitbestimmt. Zur Berechnung der Zeitdauer des Langzeitrisswachstums wurde ein Schadensakkumulationskonzept implementiert. Unter der Annahme, dass die Ausbreitungsrate des Langrisswachstums aus den Kennwerten zur Kurzeitfestigkeit (LCF) abgeleitet werden kann, welche sich aus den Ergebnissen von zyklischen Zugversucheninterpolieren lassen, konnten Zeitsparend die Parameter zur Lebensdauerberechnung bestimmt werden.Der wichtigste Beitrag dieser Studie besteht in der Simulation und Modellierung der Einflüsse von Karbiden auf die Mechanismen der Ermüdungsrissausbreitung auf drei unterschiedlichen Längenskalen. Das vorgeschlagene Modell wird als starkes Werkzeug angesehen, um sowohl die Lebensdauer von Werkzeugstählen als auch von partikelverstärkten Kompositwerkstoffen und anderen heterogenen Materialien vorherzusagen. Auf Basis des in der Studie vorgestellten Modells kann eine Optimierung der mikrostrukturellen Eigenschaften der o.g. Materialklassen durchgeführt werden. Die Optimierung kann in einer Erhöhung der Betriebszeiten resultieren.$$lger
000482023 520__ $$aCarbide-rich tool steel is most commonly used not in the tooling industry, but also in engine parts, e.g. springs, bearings, diesel injections, connecting rods etc.. Components made from this kind of material are often subjected to cyclic mechanical stresses. Fatigue is important as it occupies the largest cause of failure in metal, aproximately estimated 90% of all metallic failures, tool steels are also susceptible to this type of failure. Fatigue resistance of this material strongly depends on the microstructural features including shapes, shape ratio, volume fractions, and distributions of primary and eutectic carbides. Thus, besides loading condition microstructural features are considered as the main factor which influences lifetime of tool components.It is known that the lifetime prediction of carbide-rich tool steel in alternating applied stress is not an easy task to perform. Therefore, gaining knowledge about the effects of microstructural features on the fatigue behavior of this material is necessary. Subsequently, the main objective of this research is to develop a simple model as well asa computational framework to quantify the influence of these microstructural features on the fatigue behavior of the material in the high cycle fatigue (HCF) regime.In general, fatigue crack mechanisms can be divided into 3 stages: initial crack formation (crack incubation or nucleation), short crack and long crack growth, which have successfully been established by McDowell, in a so-called multistage fatigue model (MSF). To model fatigue behavior of carbide rich tool steel, McDowell’s model was modified and developed at three length-scale levels, resulting in amulti-scale fatigue model. For fatigue crack formation and early growth, a hierarchical approach was used, and lifetime of this stage was estimated based on local cyclic micro plasticity within a representative volume element (RVE). The short crack stage consists of microstructurally short crack (MSC) and physically short crack (PSC) growth in which short crack drivingforce was determined from the process zone at the crack tip, so-called cyclic crack tip opening displacement (CTOD). From this relation, the effects of microstructural features on the cyclic short crack growth were explicitly identified. For long crack growth, an accumulated fatigue damage concept was implemented to calculate the lifetime of this stage. Based on that relation, the long crack growth rate was easily derived from low cycle fatigue (LCF) properties because it is believed that LCF test is easy to calibrate and it may be interpolated from monotonic tensile test, which results in saving time and cost for fatigue prediction.The most important contributions of this study are to simulate and model the influence of carbides on three different length scales of fatigue crack mechanisms in tool steels. The proposed model is considered as a powerful tool for lifetime prediction not only in tool steels, but also in particle reinforced composites and other heterogeneous materials. Moreover, optimization process on microstructural features can be done basedon the results of this study. Consequently, the in-service life of materials may be improved.$$leng
000482023 591__ $$aGermany
000482023 653_7 $$aIngenieurwissenschaften und Maschinenbau
000482023 653_7 $$ahigh cycle fatigue
000482023 653_7 $$atool steel
000482023 653_7 $$afatigue crack incubation
000482023 653_7 $$ashort crack
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000482023 7001_ $$0P:(DE-82)IDM02373$$aBroeckmann, Christoph$$b1$$eThesis advisor$$urwth
000482023 7001_ $$0P:(DE-82)000734$$aWeichert, Dieter$$b2$$eThesis advisor
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