Auswirkung eigenspannungsinduzierter Rissbildung unter der Oberfläche auf das Dauerschwingverhalten von Titanlegierungen

• Applicants: Professor Dr. Heinz-Günter Brokmeier; Professor Dr.-Ing. Lothar Wagner
• Subject Area: Materials Engineering
• Term: from 2007 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 39973211

• Final Report Year: 2011

Final Report Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird das High Cycle Fatigue (HCF)-Verhalten verschiedener Titanlegierungen nach mechanischer Oberflächenverfestigung mit dem Verlauf der verfahrensinduzierten Eigenspannungen verglichen. Als Oberflächenverfestigungsverfahren wurde das konventionelle Kugelstrahlen, das Ultraschallkugelstrahlen, das Festwalzen und das Laser Peening appliziert. Untersuchte Titanwerkstoffe waren die α-Legierung Ti-2.5Cu, die (α+β)-Legierung TIMETAL 54M und die metastabile β-Legierung TIMETAL LCB. Die Ergebnisse der Ermüdungsversuche wurden mit Hilfe der Oberflächenmorphologie, der Entwicklung der Mikrohärte sowie des erzeugten Eigenspannungs-Tiefenprofils in oberflächennahen Bereichen interpretiert. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass die Wechselfestigkeiten der untersuchten Titanlegierungen durch die genannten Verfestigungsverfahren unterschiedlich beeinflusst werden können. So kann je nach Verfahren und Legierung eine deutliche Erhöhung oder sogar eine Verringerung der Wechselfestigkeit auftreten. Wesentliche Einflussgrößen sind dabei unter anderem die Mittelspannungsempfindlichkeit der Dauerfestigkeit, die Umgebungsemfindlichkeit des Werkstoffs und die Höhe der verfahrensinduzierten Zugeigenspannungen.

Publications

• Residual stress-induced subsurface fatigue crack nucleation in shot peened titanium alloys. In: Proceedings of the Tenth International Conference on Shot Peening, K. Tosha (Eds.), Tokyo, Japan, 15-18 September 2008, pp. 499
  E. Maawad, S. Yi, H.-G. Brokmeier, M. Wollmann and L. Wagner
  
• Investigation of Near-Surface Stress Gradients in shot peened Ti-2.5Cu measured by mechanical and diffraction methods. In: Proceedings of the 9th International Conference on Production Engineering, Design and Control, H. El-Hofy (Ed.), Alexandria, Egypt, 10-12 February 2009
  E. Maawad, H.-G. Brokmeier, L. Wagner and C. Genzel
  
• Stress distributions in mechanically surface treated Ti-2.5Cu by combining energy-dispersive synchrotron and neutron diffractions. J. Materials Science and Engineering A 527 (2010) 5745–5749
  E. Maawad, H.-G. Brokmeier, M. Hofmann, Ch. Genzel and L. Wagner
  
• Texture gradients in shot peened Ti-2,5Cu. Solid State Phenomena Vol. 160 (2010) pp 141-146
  E. Maawad, H.-G. Brokmeier, L. Wagner
  
• Influence of mechanical surface treatments on the high cycle fatigue performance of TIMETAL 54M. J. Materials Science and Engineering A 528 (2011) 2554–2558
  K. Zay, E. Maawad, H.-G. Brokmeier, L. Wagner and Ch. Genzel
  
• Investigation of laser shock peening effects on residual stress state and fatigue performance of titanium alloys. J. Materials Science and Engineering A
  E. Maawad, Y. Sano, L. Wagner, H.-G. Brokmeier, Ch. Genzel
  (See online at https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.12.072)
• Investigation on the surface and near-surface characteristics of Ti-2.5Cu after various mechanical surface treatments. J. Surface and Coatings Technology 205 (2011) 3644-3650
  E. Maawad, H.-G. Brokmeier, L. Wagner, Y. Sano and Ch. Genzel
  
• Residual stress distribution in alpha and beta Phases of mechanically surface treated TIMETAL LCB determined by energy-dispersive X-Ray diffraction. In: Proceedings of the Tenth International Conference on Shot Peening, J. Champaigne (Ed.), South Bend, Indiana, USA, 12-16 September 2011, pp. 147
  E. Maawad, H.-G. Brokmeier, L. Wagner, Ch. Genzel, M. Klaus