TY - THES

T1 - Ausgewählte Einflüsse auf das Rissfortschrittsverhalten am Beispiel zweier AlSi-Gusslegierungen

AU - Lamik, Abdelfattah

N1 - gesperrt bis null

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Aluminium-Gussbauteile finden im Kraftfahrzeugbau in Motorkomponenten wie Zylinderkopf bzw. Getriebegehäuse vielfältige Anwendung. Durch steigende Anforderungen im Leichtbau verringert sich das Bauteilgewicht bzw. steigt die örtliche Beanspruchung. Dies führt zu technischer Rissinitierung bzw. nachfolgendem Bauteilversagen durch zyklisches Risswachstum. Bei den betrachteten Aluminium-Gussbauteillen treten Materialinhomogenitäten bzw. Defekte auf, welche risswachstumsfördernd wirken. Grund für den technischen Rissausgang sind lokale Spannungskonzentrationen an Fehlstellen, Poren oder Rissen. Die Mikrostruktur der Gusslegierung hat dabei einen wesentlichen Einfluss auf die Festigkeit aber auch hinsichtlich der Rissinitierung bzw. des Risswiderstandes. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden zwei AlSi-Legierungen, AlSi7Mg und AlSi10Mg, untersucht und folgende Einflussgrößen charakterisiert: 1) Einfluss der Prüfmethodik: Hierbei wurde der Unterschied zwischen steigendem und fallendem Spannungsintensitätsfaktor mit fortschreitender Risslänge an geschliffenen, polierten und mit Initialrissen versehen Proben untersucht. Das Anschwingen erfolgte unter Druck, um eine möglichst geringe plastische Zone an der Rissspitze zu erreichen. Es zeigte sich, dass der Schwellwert bei der Methode mit fallendem Spannungsintensitätsfaktor auftgrund von Rissschließeffekten wesentlich höher ist. Für diese duktilen Werkstoffe ist ausschließlich eine Prüfung mit zunehmendem Spannungsintensitätsfaktor zum Erreichen reproduzierbarer Kennwerte zu empfehlen. 2) Einfluss der Korngröße: Die Untersuchung der mittleren Korngröße bei der Gusslegierung AlSi7Mg zeigt, dass mit zunehmender Korngröße der Schwellwert des Spannungsintensitätsfaktors zunimmt. Grund ist erhöhtes Rissschließen bei zunehmender Oberflächenrauheit der Rissflanken infolge großer Korngröße. 3) Einfluss des Spannungsverhältnisses: Bei Versuchen an der Gusslegierung AlSi10Mg zeigt sich eine Verschiebung des Spannungsintensitätsschwellwerts zu größeren Werten bei abnehmendem Spannungsverhältnis. Als Grund ist eine Reduzierung der effektiven Spannungsintensität bzw. Rissschließeffekte zu nennen. 4) Einfluss des Dendritenarmabstandes DAS bzw. der chemischen Komposition: Untersuchungen an der Gusslegierung AlSi7Mg zeigen, dass der DAS sich nur geringfügig ändert. Tendenziell wird mit höherem DAS der Schwellwert des Spannungsintensitätsfaktors ebenfalls höher. Die chemische Komposition zeigte bei den beiden Legierungen AlSi7Mg und AlSi10Mg einen eutektischen Anteil von 50 % bis 85 %. Es zeigt sich, dass die Korngröße der dominante Faktor für den Schwellwert ist. Lokale Unterschiede im Eutektikum führten bei den beiden betrachteten Legierungen zu keiner nennenswerten Schwellwertänderung. Abschließend erfolgte eine analytische Auswertung der gemessenen Kurven unter Anwendung verschiedener ein- und mehrparameteriger Ansätze im Schwellwertbereich und im Bereich des stabilen Risswachstums. Modelle zur Korrelation des Schwellwertes mit den wesentlichen Parametern Korngröße und Spannungsverhältnis wurden angegeben.

AB - Aluminium-Gussbauteile finden im Kraftfahrzeugbau in Motorkomponenten wie Zylinderkopf bzw. Getriebegehäuse vielfältige Anwendung. Durch steigende Anforderungen im Leichtbau verringert sich das Bauteilgewicht bzw. steigt die örtliche Beanspruchung. Dies führt zu technischer Rissinitierung bzw. nachfolgendem Bauteilversagen durch zyklisches Risswachstum. Bei den betrachteten Aluminium-Gussbauteillen treten Materialinhomogenitäten bzw. Defekte auf, welche risswachstumsfördernd wirken. Grund für den technischen Rissausgang sind lokale Spannungskonzentrationen an Fehlstellen, Poren oder Rissen. Die Mikrostruktur der Gusslegierung hat dabei einen wesentlichen Einfluss auf die Festigkeit aber auch hinsichtlich der Rissinitierung bzw. des Risswiderstandes. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden zwei AlSi-Legierungen, AlSi7Mg und AlSi10Mg, untersucht und folgende Einflussgrößen charakterisiert: 1) Einfluss der Prüfmethodik: Hierbei wurde der Unterschied zwischen steigendem und fallendem Spannungsintensitätsfaktor mit fortschreitender Risslänge an geschliffenen, polierten und mit Initialrissen versehen Proben untersucht. Das Anschwingen erfolgte unter Druck, um eine möglichst geringe plastische Zone an der Rissspitze zu erreichen. Es zeigte sich, dass der Schwellwert bei der Methode mit fallendem Spannungsintensitätsfaktor auftgrund von Rissschließeffekten wesentlich höher ist. Für diese duktilen Werkstoffe ist ausschließlich eine Prüfung mit zunehmendem Spannungsintensitätsfaktor zum Erreichen reproduzierbarer Kennwerte zu empfehlen. 2) Einfluss der Korngröße: Die Untersuchung der mittleren Korngröße bei der Gusslegierung AlSi7Mg zeigt, dass mit zunehmender Korngröße der Schwellwert des Spannungsintensitätsfaktors zunimmt. Grund ist erhöhtes Rissschließen bei zunehmender Oberflächenrauheit der Rissflanken infolge großer Korngröße. 3) Einfluss des Spannungsverhältnisses: Bei Versuchen an der Gusslegierung AlSi10Mg zeigt sich eine Verschiebung des Spannungsintensitätsschwellwerts zu größeren Werten bei abnehmendem Spannungsverhältnis. Als Grund ist eine Reduzierung der effektiven Spannungsintensität bzw. Rissschließeffekte zu nennen. 4) Einfluss des Dendritenarmabstandes DAS bzw. der chemischen Komposition: Untersuchungen an der Gusslegierung AlSi7Mg zeigen, dass der DAS sich nur geringfügig ändert. Tendenziell wird mit höherem DAS der Schwellwert des Spannungsintensitätsfaktors ebenfalls höher. Die chemische Komposition zeigte bei den beiden Legierungen AlSi7Mg und AlSi10Mg einen eutektischen Anteil von 50 % bis 85 %. Es zeigt sich, dass die Korngröße der dominante Faktor für den Schwellwert ist. Lokale Unterschiede im Eutektikum führten bei den beiden betrachteten Legierungen zu keiner nennenswerten Schwellwertänderung. Abschließend erfolgte eine analytische Auswertung der gemessenen Kurven unter Anwendung verschiedener ein- und mehrparameteriger Ansätze im Schwellwertbereich und im Bereich des stabilen Risswachstums. Modelle zur Korrelation des Schwellwertes mit den wesentlichen Parametern Korngröße und Spannungsverhältnis wurden angegeben.

KW - crack propagation

KW - threshhold stress intensity

KW - stress intensity

KW - AlSi-cast alloys

KW - Rissfortschritt

KW - Schwellwert

KW - Spannungsintensität

KW - AlSi-Gusslegierung

M3 - Diplomarbeit

ER -