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Vortrag

Mikrostrukturelle Einflüsse auf die Ermüdungsrissausbreitung in Al-Si Gusslegierungen

Tuesday (03.12.2019)
11:20 - 11:40 Uhr

Al-Si Gusslegierungen eignen sich durch ihre gute spezifische Festigkeit hervorragend als Werkstoffe zur Umsetzung von Leitbaukonzepten. Der Prozess des Gießens ist jedoch eng mit der Entstehung von verschiedenen Defekten und mikrostrukturellen Inhomogenitäten verknüpft. Beispiele dafür sind variierende Dendritenarmabstände, unterschiedliche Ausprägungen des eutektischen Si und verschiedene Arten und Anteile von Porosität. Eine vollständige Verhinderung dieser Probleme ist industriell schwer umsetzbar und aus ökonomischer Sicht unrentabel. Aufgrund dessen werden Gussbauteile zur Vermeidung von Ermüdungsschädigungen häufig mit hohen Sicherheitsfaktoren belegt, wodurch das Leichtbaupotential der Al-Si-Gusswerkstoffe stark eingeschränkt wird. Zur Steigerung der Leichtbaueffizienz dieser Werkstoffe, sind in Kombination mit Anpassungen des Fertigungsprozesses des Gießens umfangreiche Ermüdungs- und Rissausbreitungsuntersuchungen notwendig.

Vor diesem Hintergrund liefert die vorliegende Arbeit Informationen zu den Einflüssen verschiedener Mikrostruktur-Charakteristika auf das zyklische Langrisswachstumsverhalten in Al-Si Gusslegierungen. Dazu wurden Proben der Legierungen AlSi8Cu3 und AlSi7Cu0,5Mg aus Serien-Bauteilen entnommen, sowie im Schwerkraft-Kokillenguss (Labormaßstab) aus AlSi7Mg0,3 hergestellt. Zur Bestimmung des Rissfortschrittverhaltens langer Risse in Abhängigkeit von der Mikrostruktur, werden einseitig gekerbte Biegeproben (SENB) unter reiner, zyklischer Biegung mittels Resonanzfrequenz-Biegeprüfmaschine Rumul Cracktronic geprüft. Der Rissfortschritt wird dabei indirekt mittels oberflächlich applizierter Rissmessstreifen sowie mit Hilfe einer ACPD-Potentialsonde gemessen. Anschließend werden die Proben lichtmikroskopisch und mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie analysiert.

Es zeigt sich, dass ein hoher Einformungsgrad des eutektischen Siliziums im Vergleich zu groben, nadelförmigen Partikeln signifikant reduzierte Riss-Stop-Eigenschaften aufweist. Des Weiteren wird gezeigt, dass Poren lokal zur Erhöhung der Spannungsintensität und respektive der Rissfortschrittsrate führen. Global zeigt sich so eine Verringerung des Schwellenwerts der Schwingbreite des Spannungsintensitätsfaktors ∆Kth gegen technische Rissinitiierung. Ferner läuft der Rissfortschritt im Bereich nahe an ∆Kth schubspannungsgesteuert auf kristallographischen {111}-Gleitebenen ab.

Sprecher/Referent:
Sascha Gerbe
RWTH Aachen University
Weitere Autoren/Referenten:
  • Steffen Scherbring
    Hochschule Osnabrück
  • Prof. Dr. Ulrich Krupp
    RWTH Aachen University
  • Prof. Dr. Wilhelm Michels
    Hochschule Osnabrück