TY - THES

T1 - Bruchmechanische Betrachtung korrosiver Vorschädigung an Aluminium-Proben

AU - Oberreiter, Peter

N1 - gesperrt bis 23-02-2028

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Das Ermüdungsverhalten von modernen, leichtbauorientierten Bauteilen aus Aluminiumlegierungen wird neben den mechanischen Belastungen auch wesentlich durch deren Umgebungsbedingungen beeinflusst. Diese Umgebungsbedingungen können beispielsweise erhöhte Temperatur, oder aber auch korrosive Medien wie z.B. Streusalz in den Bereichen der Mobilität sein. Korrosionsbedingte Defekte beeinflussen die Betriebsfestigkeit von Bauteilen erheblich und sind daher für verschiedene Wirtschaftsbereiche, wie beispielsweise Automotive und Luftfahrt, von besonderem Interesse. Für eine Ermüdungsbewertung von Materialdefekten wie Gasporen, Lunker oder intermetallische Phasen werden Konzepte aus der linear-elastischen Bruchmechanik bereits mehrfach angewendet. Ein lokalisierter Korrosionsangriff, wie z.B. interkristalline Korrosion, kann beinahe rissähnliche Formen annehmen. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit ein bruchmechanisches Lebensdauerbewertungskonzept, unter Berücksichtigung des Kurzrissverhaltens, für vorgeschädigte Versuchsproben aus einer dendritisch erstarrten AlSi9Cu3-Kokillengusslegierung, realisiert. Diese Aluminiumlegierung besitzt einen mittleren Sekundärdendritenarmabstand (SDAS) von 22 µm und eine Härte von 121 HBW1/10. Für das Bewertungskonzept wurden bruchmechanische Kennwerte anhand von SENB- und proportional verkleinerten Miniatur-SENB-Proben nach dem Laststeigerungsverfahren ermittelt. Zur Validierung der Lebensdauerbewertungsmethodik wurden zwei Wöhlerlinien mit Versuchsproben im polierten und vorkorrodierten Oberflächenzustand experimentell ermittelt. Die vorkorrodierten Versuchsproben wurden im Labor bei Raumtemperatur für 20 h in einer sauren wässrigen Salzlösung korrodiert. Die Korrosion an den vorgeschädigten Versuchsproben trat lokalisiert in den eutektischen Bereichen mit einer maximalen Korrosionstiefe von 295 µm auf. Die Ergebnisse aus den Ermüdungsversuchen für vorkorrodierte Versuchsproben zeigen eine Abnahme der Langzeitfestigkeit bei 10^7 Lastzyklen um 34 % im Vergleich zu den polierten Versuchsproben. In den durchgeführten numerischen Rissfortschrittssimulationen wurde die Korrosion als rissförmiger Oberflächendefekt mit einer Tiefe gleich der maximalen Korrosionstiefe 295 µm angenommen. Als Defektgeometrie wurden elliptische Anrisse mit verschiedenen Halbachsenverhältnissen angewendet. Unter Berücksichtigung des Kurzrissverhaltens liefert die Restlebensdauerbewertung konservative Ergebnisse mit einer Abweichung der ertragbaren Spannungsamplitude, bei 10^7 Lastzyklen, von 4,5 % - 31,8 % zu der experimentell ermittelten Ermüdungsfestigkeit der vorkorrodierten Versuchsproben.

AB - Das Ermüdungsverhalten von modernen, leichtbauorientierten Bauteilen aus Aluminiumlegierungen wird neben den mechanischen Belastungen auch wesentlich durch deren Umgebungsbedingungen beeinflusst. Diese Umgebungsbedingungen können beispielsweise erhöhte Temperatur, oder aber auch korrosive Medien wie z.B. Streusalz in den Bereichen der Mobilität sein. Korrosionsbedingte Defekte beeinflussen die Betriebsfestigkeit von Bauteilen erheblich und sind daher für verschiedene Wirtschaftsbereiche, wie beispielsweise Automotive und Luftfahrt, von besonderem Interesse. Für eine Ermüdungsbewertung von Materialdefekten wie Gasporen, Lunker oder intermetallische Phasen werden Konzepte aus der linear-elastischen Bruchmechanik bereits mehrfach angewendet. Ein lokalisierter Korrosionsangriff, wie z.B. interkristalline Korrosion, kann beinahe rissähnliche Formen annehmen. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit ein bruchmechanisches Lebensdauerbewertungskonzept, unter Berücksichtigung des Kurzrissverhaltens, für vorgeschädigte Versuchsproben aus einer dendritisch erstarrten AlSi9Cu3-Kokillengusslegierung, realisiert. Diese Aluminiumlegierung besitzt einen mittleren Sekundärdendritenarmabstand (SDAS) von 22 µm und eine Härte von 121 HBW1/10. Für das Bewertungskonzept wurden bruchmechanische Kennwerte anhand von SENB- und proportional verkleinerten Miniatur-SENB-Proben nach dem Laststeigerungsverfahren ermittelt. Zur Validierung der Lebensdauerbewertungsmethodik wurden zwei Wöhlerlinien mit Versuchsproben im polierten und vorkorrodierten Oberflächenzustand experimentell ermittelt. Die vorkorrodierten Versuchsproben wurden im Labor bei Raumtemperatur für 20 h in einer sauren wässrigen Salzlösung korrodiert. Die Korrosion an den vorgeschädigten Versuchsproben trat lokalisiert in den eutektischen Bereichen mit einer maximalen Korrosionstiefe von 295 µm auf. Die Ergebnisse aus den Ermüdungsversuchen für vorkorrodierte Versuchsproben zeigen eine Abnahme der Langzeitfestigkeit bei 10^7 Lastzyklen um 34 % im Vergleich zu den polierten Versuchsproben. In den durchgeführten numerischen Rissfortschrittssimulationen wurde die Korrosion als rissförmiger Oberflächendefekt mit einer Tiefe gleich der maximalen Korrosionstiefe 295 µm angenommen. Als Defektgeometrie wurden elliptische Anrisse mit verschiedenen Halbachsenverhältnissen angewendet. Unter Berücksichtigung des Kurzrissverhaltens liefert die Restlebensdauerbewertung konservative Ergebnisse mit einer Abweichung der ertragbaren Spannungsamplitude, bei 10^7 Lastzyklen, von 4,5 % - 31,8 % zu der experimentell ermittelten Ermüdungsfestigkeit der vorkorrodierten Versuchsproben.

KW - Betriebsfestigkeit

KW - Bruchmechanik

KW - Korrosion

KW - Simulation

KW - fatigue

KW - fracture mechanics

KW - corrosion

KW - simulation

M3 - Masterarbeit

ER -