Fatigue behavior of aluminum-matrix-composites (AMC) in the range of high number of cycles
Final Report Abstract
Im Rahmen des Forschungsvorhabens gelang es, die in der ersten Antragsphase des Vorhabens erarbeiteten wissenschaftlichen Grundlagen zum Wechselverformungsverhalten von AMC unter Verwendung des am Lehrstuhl für Werkstoffkunde der TU Kaiserslautern entwickelten Ultraschallermüdungsprüfsystems „Ultrafast Kaiserslautern“ systematisch zu erweitern und zu vertiefen. Der Einfluss von Partikelgröße und Partikelanteil auf das Ermüdungsverhalten innovativer AMC konnte bis in den VHCF-Bereich für reine Zug-Druck-Beanspruchungen sowie Zugmittelspannungen untersucht werden. Das Ultraschallermüdungsprüfsystem wurde hierfür weiterentwickelt, so dass auch beliebige statische Mittelspannungen aufgebracht werden können, ohne dass eine unzulässige Beeinflussung der zur Ermüdung benötigten Resonanzschwingung stattfindet. Ausgehend von einer exakten Berechnung der Probengeometrie für mittelspannungsfreie und mittelspannungsbehaftete Versuchsführungen mittels FE-Methoden erfolgte eine erfolgreiche Übertragung auf die mit 17 Vol.-% verstärkten AMC. Die Validierung des Modells konnte anhand von DMS-Messungen zur Beschreibung des Verformungsverhaltens bestätigt werden. Charakteristische Kenngrößenverläufe der aufgezeichneten Prozessparameter, wie bspw. der Temperatur oder der dissipierten Energie, konnten erfolgreich zur Beschreibung des Ermüdungsverhaltens von AMC angewendet werden. Eine Verlagerung des Versagensursprungs von der Probenoberfläche ins Probenvolumen wurde für niedrige Spannungsamplituden unter mittelspannungsfreier und mittelspannungsbehafteter Versuchsführung festgestellt. Die in den Ermüdungsexperimenten beobachteten höheren Bruchlastspielzahlen für die mit 17 Vol.-% verstärkten AMC im Vergleich zu AMC225xe und Xfine225 aus der ersten Antragsperiode konnten auf eine niedrigere Anzahl und geringerer Größe von versagensursächlichen Einschlüssen im Probenvolumen zurückgeführt werden, die zuverlässig mit CT-Messungen nachgewiesen werden konnten. Die Einschlüsse konnten durch EDX-Messungen als Al7Cu2Fe- bzw. Al2Fe-Verbindungen identifiziert werden, wie sie typisch für Aluminiumlegierungen der 2X24-Serie sind. Weiterhin führten vergleichende Untersuchungen auf servohydraulischen Prüfsystemen bei 5 Hz und 25 Hz nicht zu Unterschieden im Verlauf der Wöhlerkurven.
Publications
- Ultrasonic Fatigue of Aluminum Matrix Composites (AMC) in the VHCF-Regime. Supplemental Proceedings: Volume 2: Materials Properties, Characterization, and Modeling, TMS Annual Meeting, 2012, S. 847-853
M. Wolf, G. Wagner, D. Eifler
- Ultrasonic Fatigue of SiC particle reinforced aluminum in the VHCF-Regime. ICAA13: 13th International Conference on Aluminum Alloys, Hrsg. H. Weiland, A. D. Rollett, W. A. Cassada, John Wiley & Sons, Pittsburgh, 2012, S. 553-558. ISBN: 978-1-11-845804-4
M. Wolf, G. Wagner, D. Eifler
- Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von SiC-partikelverstärktem Aluminium im Bereich hoher und sehr hoher Lastspielzahlen. Tagungsband Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde, 2013, Hrsg. A. Wanner, K. A. Weidenmann, Conventus GmbH, Karlsruhe, 2013, S. 131-139. ISBN: 978-3-00-042309-3
M. Wolf, G. Wagner, D. Eifler
- Fatigue and fracture behavior of MMC in the HCF- and VHCF-regime. Materials Science Forum (TherMec), 783-786, 2013, S. 1597-1602
M. Wolf, G. Wagner, D. Eifler
- Failure mechanism in ultrasonically fatigued aluminum matrix composites. Proceedings, 6th International Conference on Very High Cycle Fatigue, October 15.-18., 2014, Chengdu, China
M. Wolf, G. Wagner, D. Eifler
- Ermüdungsverhalten partikelverstärkter Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffen im Bereich hoher und sehr hoher Lastspielzahlen. Dissertation, Lehrstuhl für Werkstoffkunde, TU Kaiserslautern, 2016
Wolf, M.
