Temperatureinfluss auf das Wechselverformungsverhalten der neuentwickelten Magnesium-Gusslegierungen MRI-153M und MRI-230D
Final Report Abstract
Im dem abgeschlossenen Forschungsprojekt wurde das Wechselverformungsverhalten der beiden neuentwickelten Magnesium-Druckgusslegierungen MRI 153M und MRI 230D untersucht. AZ91D diente als Referenzwerkstoff. Das Gefüge der Magnesiumlegierungen besteht aus Magnesium-Mischkristallen mit interdendritischen Ausscheidungen, die teilweise von Al-übersättigtem Magnesium-Mischkristall umgeben sind. Die in AZ91D überwiegend vorliegenden spröden Mg17Al12-Ausscheidungen sind in den MRI-Legierungen weitestgehend durch Al2Ca ersetzt. In Auslagerungsversuchen traten bei AZ91D insbesondere bei Temperaturen oberhalb 100 °C deutliche mikrostrukturelle Veränderungen auf, während die Mikrostruktur der MRI-Legierungen im betrachteten Temperaturbereich stabil waren. Unter quasistatischer Beanspruchung zeigt AZ91D (MRI 230D) bei Raumtemperatur (RT) die größte (kleinste) Zugfestigkeit und Bruchdehnung, bei Temperaturen oberhalb 100 °C ist es umkehrt. In kontinuierlichen Laststeigerungsversuchen (LSV) konnte die Dauerfestigkeit mit nur einer Probe zuverlässig abgeschätzt werden. Bei den MRI-Legierungen treten bei identischer Beanspruchung im Vergleich zu AZ91D größere Änderungen der plastischen Dehnungsamplitude εa,p, der Temperatur ΔT und des elektrischen Widerstandes ΔR auf und dennoch erreichen sie höhere Lebensdauern. In Einstufenversuchen (ESV) ist das Ermüdungsverhalten für alle untersuchten Temperaturen und Spannungsamplituden durch zyklische Entfestigung während der ersten 1-2·10hoch3 Lastwechsel gefolgt von ausgeprägter zyklischer Verfestigung gekennzeichnet. In gleicher Weise wie in LSV führen identische Beanspruchungen bei den MRI-Legierungen zu größeren εa,p-, ΔT- und ΔR-Werten und dennoch größeren Lebensdauern. Während für AZ91D bei hohen Spannungsamplituden ein deutlich größerer Temperatureinfluss als bei niedrigen Spannungsamplituden zu erkennen ist, verlaufen die Wöhlerkurven der MRI-Legierungen für RT und T = 150 °C nahezu parallel. Proben ohne Gusshaut entfestigen weniger stark und erreichen aufgrund der Oberflächenverfestigung und von Druckeigenspannungen durch den Drehprozess deutlich größere Lebensdauern. Die Lebensdauer kann mit der physikalisch basierten Lebensdauerberechnungsmethode "PHYBAL" auf Basis von nur einem LSV und zwei ESV mit sehr hoher Genauigkeit berechnet werden. Anrisse werden häufig durch Dehnungsinkompatibilitäten der verschiedenen Phasen an Phasengrenzflächen bzw. in spröden Ausscheidungen initiiert. Der Rissfortschritt erfolgt entlang und durch die Ausscheidungen. Feinverteilte Ausscheidungen können hingegen den Rissfortschritt stoppen.
Publications
- B. Ebel-Wolf, F. Walther, D. Eifler: Charakterisierung des Wechselverformungsverhaltens der Magnesiumlegierung AZ91D. Leichtbau und Betriebsfestigkeit, 31. Tagung des DVM-Arbeitskreises Betriebsfestigkeit, München, DVM-Bericht 131 (2004), 241-250
- B. Ebel-Wolf, F. Walther, D. Eifler: Charakterisierung des Wechselverformungsverhaltens der Magnesium- Gusslegierung MRI153M und MRI230D. Tagungsband Werkstoffprüfung - Herausforderungen neuer Werkstoffe an die Forschung und Werkstoffprüfung, Berlin, Hrsg. W. Grellmann, DVM-Bericht 641, ISSN 1861-8154 (2005), 239-244
- B. Ebel-Wolf, F. Walther, D. Eifler: Charakterisierung des Wechselverformungsverhaltens der Magnesium- Gusslegierung MRI153M und MRI230D. Werkstoffprüfung 2005 - Herausforderungen neuer Werkstoffe an die Forschung und Werkstoffprüfung, Berlin, 01./02.12.2005
- B. Ebel-Wolf, F. Walther, D. Eifler: Einfluss der Temperatur auf das Wechselverformungsverhalten der Magnesium- Gusslegierungen MRI 153M und MRI 230D. DGM/DVM-AG Materialermüdung und DVM-AG Verformungs- und Versagensverhalten bei komplexer thermisch-mechanischer Beanspruchung, TU Dresden, 14./15.02.2007
- B. Ebel-Wolf, F. Walther. D. Eifler: Einfluss der Temperatur und der Gusshaut auf das Ermüdungsverhalten der Magnesium-Gusslegierungen MRI 153M und MRI 230D. Werkstoffprüfung 2007, Neu-Ulm, 28./29.11.2007
- B. Ebel-Wolf, F. Walther, D. Eifler: Charakterisierung der Mikrostruktur und des Wechselverformungsverhaltens der Magnesium-Gusslegierungen MRI 153M und MRI 230D. DGM/DVM-AG Materialermüdung, Blohm+Voss GmbH, ThyssenKrupp Marine Systems, Hamburg, 26./27.09.2005
- B. Ebel-Wolf, F. Walther, D. Eifler: Charakterisierung des Wechselverformungsverhaltens der Magnesiumlegierung AZ91D. Leichtbau und Betriebsfestigkeit, 31. Tagung des DVM-Arbeitskreises Betriebsfestigkeit, München, 06./07.10.2004
- B. Ebel-Wolf, F. Walther, D. Eifler: Microstructure and cyclic deformation behaviour of the magnesium die-cast alloy AZ91D. MP Materialprüfung 47 (7-8) (2005), 462-467
- B. Ebel-Wolf, F. Walther, D. Eifler: Microstructure-based Characterization of the Cyclic Deformation Behavior of the Magnesium Die-cast Alloys MRI 153M and MRI 230D. Magnesium, Proceedings of the 7th International Conference on Magnesium Alloys and Their Applications, Ed: K. U. Kainer (2006), 673-679
- B. Ebel-Wolf, F. Walther. D. Eifler: Cyclic deformation behaviour and lifetime calculation of the magnesium die-cast alloys AZ91D, MRI 153M and MRI 230D. International Journal of Materials Research 98, 2 (2007), 117-122
- B. Wolf, C. Fleck, D. Eifler: Characterization of the fatigue behaviour of the magnesium alloy AZ91D by means of mechanical hysteresis and temperature measurements. International Journal of Fatigue 26 (12) (2004), 1357-1363
- V4. B. Ebel-Wolf, F. Walther, D. Eifler: Microstructure-based characterization of the cyclic deformation behavior of the magnesium die-cast alloys MRI 153M and MRI 230D. 7. Int. Conf. on Magnesium alloys and their applications, Dresden, 06.-09.11.2006
