Einfluss der Prüffrequenz auf das Ermüdungsverhalten im HCF/VHCF-Bereich der Magnesiumlegierung AZ31

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Martina Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452852691

Magnesiumlegierungen sind auf Grund ihrer hohen Festigkeit bei gleichzeitig geringer Dichte ein attraktiver Werkstoff, welcher vermehrt in der Automobil-, sowie Luft- und Raumfahrtindustrie zum Einsatz kommt. Da Bauteile in den genannten Anwendungsbereichen oftmals zyklischen Belastungen ausgesetzt sind, kommt dem Ermüdungsverhaltens eine zentrale Bedeutung hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten und -grenzen einer Legierungsklasse zu. In Magnesium-Knetlegierungen, welche im Gegensatz zu Gusslegierungen weitestgehend frei von groben Defekten sind, spielt das durch die hexagonale Gitterstruktur bestimmte Deformationsverhalten bei der Ermüdung eines Bauteils eine entscheidende Rolle. Neben dem Versetzungsgleiten ist die Bildung von Verformungszwillingen von besonderer Bedeutung zur Gewährleistung der beliebigen Verformbarkeit. Beide Prozesse können zur Rissinitiierung beitragen, welcher dabei konkret dominiert hängt von verschiedenen Faktoren, wie z.B. der Lastamplitude, ab. Bei hohen Spannungsamplituden entstehen Risse eher in Zwillingen wohingegen bei niedrigen Amplituden die Rissinitiierung in Gleitbändern stattfindet.Zunehmende Forschungsaktivitäten haben sich in den letzten Jahren mit den Eigenschaften unter zyklischer Belastung beschäftigt und verschiedene Einflussfaktoren, wie die Gefügetextur, die Atmosphäre und den Einfluss der Prüffrequenz eingehend untersucht. Insbesondere zu letztem Punkt ergibt sich jedoch ein uneinheitliches Bild hinsichtlich des Ermüdungsverhaltens. In der Literatur sind bisher vorrangig phänomenologische Beschreibungen der Ergebnisse zu finden. Des Weiteren lassen sich kaum Ergebnisse zum Einfluss von Frequenzen oberhalb von 100 Hz finden. Doch gerade im Zuge der vermehrten Untersuchungen den VHCF-Bereich betreffend, wurden auch entsprechende Prüfmaschinen entwickelt, wie der Ultraschallermüdungsprüftechnik mit einer Frequenz von 20 kHz. Im beantragten Vorhaben soll der Einfluss der Prüffrequenz auf das Ermüdungsverhalten der Magnesium-Knetlegierung AZ31 (Mg-Al-Zn) im HCF/VHCF-Bereich bei Prüffrequenzen von 100 Hz und 20 kHz untersucht werden. Ein besonderer Fokus in der Untersuchung soll auf den Verformungsmechanismen, die zur Rissinitiierung beitragen, liegen. Als weiteren Einflussfaktor auf das Ermüdungsverhalten von AZ-Legierungen im Zeitfestigkeitsbereich konnte ein ausgeprägt transientes Verhalten und ein signifikanter Bauschinger-Effekt beobachtet werden. Auch diese Aspekte werden im Zusammenhang mit der für die Ultraschallermüdung spezifischen weggeregelten Versuchsführung im Rahmen des vorgesehenen Projekts adressiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen