Fretting Wear and Fretting Fatigue of Ti-6Al-4V

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

Autoren

  • Josip Juric

Abstract

Titanlegierung und insbesondere Ti-6Al-4V zeichnen sich durch gute mechanische Eigenschaften wie hohe Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und niedrige Dichte aus. Deshalb reichen die Anwendungsgebiete von Medizintechnik über Fahrzeugbau bis zur Luft- und Raumfahrt. Durch den zunehmenden Einsatz von Leichtbaukomponenten zur Gewichtsreduktion und Nutzlasterhöhung wird die Steifigkeit reduziert. Dies führt unter dynamischer Beanspruchung verstärkt zu oszillatorischen Schwingungen welche zu Fretting-Schädigungen und in weiterer Folge zum Versagen des Bauteils führen können. Das Fretting-Verhalten von Ti-6Al-4V wurde mittels Fretting-Wear und Fretting-Fatigue Versuchen charakterisiert. Fretting-Wear Versuche wurden durchgeführt, um das Verschleißverhalten in Abhängigkeit von Parametern wie Kontaktdruck, relative Amplitude und Fretting-Zyklen zu ermitteln. Basierend auf Fretting-Versuchen mit unterschiedlichen lokalen Temperaturen, verursacht durch die variierenden Testfrequenzen, wurde der Einfluss der Temperatur auf das Fretting-Verhalten ermittelt. Fretting-Fatigue Versuche wurden ausgeführt, um den Lebensdauerabfall im Vergleich zu normalen Ermüdungsversuchen zu bestimmen. Desweiteren wurde der Einfluss von verschiedenen Ti-6Al-4V Mikrostrukturen auf das Fretting-Wear und die Fretting-Fatigue Lebensdauer untersucht. Die Fretting-Wear Versuche zeigten, dass mit Anstieg der Fretting-Zyklen und der relativen Amplitude die Verschleißmasse ansteigt, während kein Einfluss des Kontaktdrucks festgestellt wurde. Im Vergleich der verschiedenen Ti-6Al-4V Mikrostrukturen, wies die bimodale Mikrostruktur die höchste Verschleißresistenz auf. Fretting-Fatigue Versuche zeigten, dass Fretting zu einem essentiellen Lebensdauerabfall im Vergleich zu normalen Ermüdungsversuchen führt. Die mill-annealed Mikrostruktur, führte dabei zu den höchsten Fretting-Fatigue-Festigkeiten. Die Fretting-Schwingfestigkeit von Ti-6Al-4V wurde mit existierenden Modellen und unter Zuhilfenahme der Finite-Elemente-Methode abgeschätzt. Dabei konnte gezeigt werden, dass erhöhte Vergleichsspannungen im Fretting-Kontakt für die Fretting-Fatigue-Schädigung verantwortlich sind. Diese verursachen eine lokale Low-Cycle-Fatigue Belastung trotz globaler High-Cycle-Fatigue Belastung der Frettingprobe. Die durchgeführten Fretting-Versuche und die detaillierten Analysen bilden die Basis für eine Implementierung der Fretting-Schädigung in die Lebensdauerberechnung von Ti-6Al-4V Komponenten.

Details

Titel in ÜbersetzungFretting-Wear und Fretting-Fatigue von Ti-6Al-4V
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung25 Juni 2010
StatusVeröffentlicht - 2010