Abstract
Micromechanisms of damage initiation and crack growth in high speed and cold work steels are investigated using scanning electron microscopy in situ experiments. The role of primary carbides in initiation and growth of cracks in tool steels is clarified. It is shown that initial microcracks in the steels are formed in primary carbides and then join together. A hierarchical finite element model of damage initiation, which included a macroscopic model of the deformation of the specimen under real experimental conditions and a mesomechanical model of damage in real microstructures of steels, was developed. Using the hierarchical model, the conditions of local failure in the steels have been obtained. In order to study the effect of carbide arrangement on fracture, numerical simulations of fracture in steels with different ideal carbide arrangements were carried out and compared with each other. It is found that the heterogeneous arrangements of primary carbides can lead to strong deviations of a crack from the mode I path and, therefore, to a significant increase of the fracture energy of the steels.
Abstract
Mikromechanismen der Schädigungsinitiierung und -evolution in Schnellarbeits- und Kaltarbeitsstählen werden unter Verwendung von In-situ-Rasterelektronenmikroskopie-Biegeversuchen untersucht. Die Rolle der Primärkarbide bei der Schädigungsinitiierung und beim Risswachstum in Werkzeugsstählen wird geklärt. Es wurde gezeigt, dass sich die Anfangsmikrorisse in den Primärkarbiden bilden und dann zusammenwachsen. Ein hierarchisches Finite-Elemente-Modell der Schädigungsinitiierung, das auch das reale Mikrogefüge des Stahls berücksichtigt, wurde entwickelt. Mit dem Mesomodell wurden die lokalen Bruchbedingungen bestimmt. Um den Einfluss der Primärkarbidanordnungen auf das Bruchverhalten der Stähle zu untersuchen, wurden numerische Simulationen des Bruchs in Stählen mit unterschiedlichen idealen Karbidanordnungen durchgeführt und die Ergebnisse miteinander verglichen. Es wurde gefunden, dass die heterogenen Karbidverteilungen in den Stählen die starken Risspfadabweichungen von dem Mode-I-Risspfad verursachen und somit zu signifikant höheren Bruchenergien führen.
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© 2003 Carl Hanser Verlag, München
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