A2 Fraktur

Thema

Ein bereits vorhandener Riss in diesem Metall, der unter einer bestimmten Spannungsschwelle auftritt, wächst nicht mehr langsam und stetig, sondern breitet sich instabil aus und führt zum plötzlichen Bruch des Bauteils. Diese instabile Ausbreitung des Risses wird in diesem Modell als Bruch beschrieben. Da sich der Riss instabil ausbreitet, anstatt nach dem Beginn seines Wachstums zu stoppen, bricht das Metall plötzlich und ohne Vorwarnung.

Diese Spannungsschwelle, ab der sich der Riss instabil ausbreitet, ist die Sprödbruchspannung. Sie wird in Verbindung mit den Elastizitätskonstanten des Metalls – die bereits in einem anderen Modell dieser Reihe ermittelt wurden – und der bei der Entstehung der beiden neuen Rissflächen freigesetzten Oberflächenenergie nach dem Griffith-Kriterium bestimmt. Die Tatsache, dass die Oberflächenenergie dieses Metalls höher ist oder der bereits vorhandene Riss kleiner, bedeutet, dass nach dem Griffith-Kriterium die für eine instabile Rissausbreitung erforderliche Sprödbruchspannung höher ist.

Allerdings unterschätzt das Griffith-Kriterium die tatsächliche Bruchspannung dieses Metalls, da es nicht berücksichtigt, dass das Metall an der Rissspitze selbst plastisch verformt wird, bevor sich der Riss ausbreitet, und dass diese plastische Arbeit zusätzlich zur Oberflächenenergie Energie verbraucht. Das Griffith-Irwin-Kriterium erweitert das ursprüngliche Griffith-Kriterium, indem es diese plastische Arbeit zur bereits berücksichtigten Oberflächenenergie hinzufügt. Es ist somit auf Metalle anwendbar, die an der Rissspitze eine gewisse Plastizität aufweisen, anstatt rein spröde zu brechen. Die Tatsache, dass diese plastische Arbeit an der Rissspitze höher ist, bedeutet, dass nach diesem erweiterten Griffith-Irwin-Kriterium auch die erforderliche Bruchspannung höher ist als die vom ursprünglichen Griffith-Kriterium allein vorhergesagte. Dieses Modell, das den bereits vorhandenen Riss und die Sprödbruchspannung, bei der er sich öffnete, berücksichtigt, drückt das Bruchkriterium äquivalent, aber praxisnäher aus: Der Bruch tritt in dem Moment ein, in dem der angelegte Spannungsintensitätsfaktor auf diesen Riss die Bruchzähigkeit des Metalls erreicht. Diese Größe fasst in einem einzigen Parameter sowohl die Oberflächenenergie als auch die plastische Arbeit zusammen, die im Griffith-Kriterium und seiner Griffith-Irwin-Erweiterung berücksichtigt werden. Da sich dieselbe Bruchzähigkeit einfacher, aber weniger direkt, durch ein anderes Modell dieser Reihe abschätzen lässt – nämlich das, das den Charpy-Schlagversuch an diesem Metall beschreibt –, stellt dieser Versuch eine praktische experimentelle Korrelation dieser Eigenschaft dar. Darüber hinaus bedeutet die Tatsache, dass Wasserstoffversprödung die effektive Bruchzähigkeit dieses Metalls gemäß einem anderen Modell dieser Reihe verringert, dass dasselbe Bruchkriterium bei einem niedrigeren angelegten Spannungsintensitätsfaktor erfüllt ist als ohne diese Versprödung.

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