TY - THES

T1 - Kurzrisswachstum in AlSi9Cu3 und Ti-6Al-4V

T2 - Einfluss kurzer Risse auf die Lebensdauer

AU - Redik, Sabine

N1 - gesperrt bis null

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - Die Beschreibung des Rissfortschrittsverhaltens erfolgt in Form einer Rissfortschrittskurve, welche die Rissfortschrittsrate in Abhängigkeit der Belastung, in Form eines sogenannten Spannungsintensitätsfaktors, beschreibt. Aus der Literatur geht hervor, dass sich die Rissfortschrittskurven kurzer Risse wesentlich von denen langer Risse unterscheiden. Kurze Risse wachsen bereits bei geringeren Spannungsintensitäten als lange Risse und zeigen bei äquivalenten Spannungsintensitäten zum Teil deutlich höhere Rissfortschrittsraten. Um den Einfluss kurzer Risse auf die Lebensdauer rissbehafteter Bauteile zu untersuchen, wurden Rissfortschrittskurven langer und kurzer Risse von zwei Leichtmetalllegierungen AlSi9Cu3 und Ti-6Al-4V aufgenommen. Die Langrisskurven wurden im Vier-Punkt-Biegeversuch aufgenommen, wobei die Messung der Risslänge über den Spannungsabfall an der Probe erfolgte. Für die Aufnahme der Rissfortschrittskurven kurzer Risse wurden Flachproben mit 0,2 bzw. 0,4 mm langen Initialrissen im einachsigen Schwingversuch geprüft. Die Messung der Risslänge erfolgte über ein eigens entwickeltes optisches Kamerasystem. Die in den Kurzrissversuchen ermittelten Rissfortschrittskurven zeigten nur für AlSi9Cu3 ein, gegenüber langen Rissen, anormales Verhalten. Für Ti-6Al-4V stimmten die Rissfortschrittskurven aus den einachsigen Schwingversuchen und den Vier-Punkt-Biegeversuchen überein, da die bei den einachsigen Schwingversuchen verwendeten Anfangsrisslängen für Ti-6Al-4-V nicht als kurz betrachtet werden können. Die ermittelten Rissfortschrittskurven wurden in weiterer Folge zur Lebensdauerberechnung herangezogen. Dabei konnte für AlSi9Cu3 eine deutliche Reduktion der Lebensdauer kurzrissbehafteter Bauteile festegestellt werden. Die reduzierte Lebensdauer von kurzrissbehafteten Bauteilen konnte durch Versuchsergebnisse bestätigt werden. Die Berechnung der Lebensdauer erfolgte dabei in Abhängigkeit von der Anfangsrisslänge aus den Rissfortschrittskurven langer bzw. kurzer Risse. Auf Grund der Übereinstimmung mit den Versuchsergebnissen konnte für AlSi9Cu3 die Grenze zwischen langen und kurzen Rissen in Abhängigkeit vom Spannungsverhältnis mit 1 mm (R = 0) bzw. 2 mm (R = -1) bestimmt werden.

AB - Die Beschreibung des Rissfortschrittsverhaltens erfolgt in Form einer Rissfortschrittskurve, welche die Rissfortschrittsrate in Abhängigkeit der Belastung, in Form eines sogenannten Spannungsintensitätsfaktors, beschreibt. Aus der Literatur geht hervor, dass sich die Rissfortschrittskurven kurzer Risse wesentlich von denen langer Risse unterscheiden. Kurze Risse wachsen bereits bei geringeren Spannungsintensitäten als lange Risse und zeigen bei äquivalenten Spannungsintensitäten zum Teil deutlich höhere Rissfortschrittsraten. Um den Einfluss kurzer Risse auf die Lebensdauer rissbehafteter Bauteile zu untersuchen, wurden Rissfortschrittskurven langer und kurzer Risse von zwei Leichtmetalllegierungen AlSi9Cu3 und Ti-6Al-4V aufgenommen. Die Langrisskurven wurden im Vier-Punkt-Biegeversuch aufgenommen, wobei die Messung der Risslänge über den Spannungsabfall an der Probe erfolgte. Für die Aufnahme der Rissfortschrittskurven kurzer Risse wurden Flachproben mit 0,2 bzw. 0,4 mm langen Initialrissen im einachsigen Schwingversuch geprüft. Die Messung der Risslänge erfolgte über ein eigens entwickeltes optisches Kamerasystem. Die in den Kurzrissversuchen ermittelten Rissfortschrittskurven zeigten nur für AlSi9Cu3 ein, gegenüber langen Rissen, anormales Verhalten. Für Ti-6Al-4V stimmten die Rissfortschrittskurven aus den einachsigen Schwingversuchen und den Vier-Punkt-Biegeversuchen überein, da die bei den einachsigen Schwingversuchen verwendeten Anfangsrisslängen für Ti-6Al-4-V nicht als kurz betrachtet werden können. Die ermittelten Rissfortschrittskurven wurden in weiterer Folge zur Lebensdauerberechnung herangezogen. Dabei konnte für AlSi9Cu3 eine deutliche Reduktion der Lebensdauer kurzrissbehafteter Bauteile festegestellt werden. Die reduzierte Lebensdauer von kurzrissbehafteten Bauteilen konnte durch Versuchsergebnisse bestätigt werden. Die Berechnung der Lebensdauer erfolgte dabei in Abhängigkeit von der Anfangsrisslänge aus den Rissfortschrittskurven langer bzw. kurzer Risse. Auf Grund der Übereinstimmung mit den Versuchsergebnissen konnte für AlSi9Cu3 die Grenze zwischen langen und kurzen Rissen in Abhängigkeit vom Spannungsverhältnis mit 1 mm (R = 0) bzw. 2 mm (R = -1) bestimmt werden.

KW - short crack growth short cracks AlSi9Cu3 Ti-6Al-4V Lifetime estimation

KW - Bruchmechanik Kurzrisswachstum AlSi9Cu3 Ti-6Al-4V kurze Risse Lebensdauervorhersage

M3 - Diplomarbeit

ER -