Vorhersage der Restfestigkeit korrodierter hochfester Aluminiumlegierungen bei einachsiger Belastung durch numerische Simulationen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Lampke; Professorin Dr.-Ing. Daniela Nickel
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259373824

Hochfeste Aluminiumlegierungen kommen aufgrund ihrer hohen Festigkeiten sowie guter Korrosionsbeständigkeit in einer Vielzahl von Bauteilen zur Anwendung. Die Schutzwirkung versagt jedoch, wenn die für die Korrosionsbeständigkeit wichtige Passivschicht beispielsweise durch Chloridionen geschädigt wird. Durch Voranschreiten der Schädigung kommt es zu lokalen Korrosionserscheinungen (im weiterem als Defekte bezeichnet) und schließlich zum Lochfraß. Dieser führt wiederum zu einer Reduzierung der Festigkeit des Werkstoffes. Diese anhand der Charakterisierung der Lochfraßschädigung für Aluminiumlegierungen vorauszusagen, ist bisher nicht Stand der Wissenschaft und soll Ziel dieses Forschungsvorhabens sein. Dabei soll das Wissen von bereits existierenden Modellen für Stähle mit Hilfe zweier Legierungen (EN AW-2xxx und EN AW-7xxx) auf Aluminiumwerkstoffe übertragen und durch die Charakterisierung der Morphologie und Verteilung der auftretenden Defekte erweitert werden. Für die Ableitung des Restfestigkeitsmodells sollen zunächst Korrosionsversuche bei unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt und der sich dabei einstellende Lochfraß anhand von Parametern zur Beschreibung der Form und der Verteilung der Defekte für jede Probe quantifiziert werden. Um die praxisnahe Anwendbarkeit des Modells zu gewährleisten, soll für die Charakterisierung der Defekte lediglich auf die zerstörungsfreie Prüfung mittels 3D-Streifen-Profilometrie zurückgegriffen werden. Anhand sich anschließender FE-Simulationen von realen Zugversuchen sollen mit Hilfe der Regressionsanalyse zwischen den Defektparametern und den berechneten mechanischen Eigenschaften analytische Beziehungen hergestellt werden. Zusätzlich dazu werden Spannungsanalysen zur Untersuchung kritischer Defektgeometrien bzw. -verteilungen durchgeführt und Gewichtungsfaktoren abgeleitet. Zusammen mit den abgeleiteten Korrelationen dienen diese schließlich zur Entwicklung des Restfestigkeitsmodells. Dabei wird durch den Bezug der aktuellen Festigkeit, d.h. der Festigkeit bei gegenwärtig auftretender Schädigung, auf die Festigkeit des nicht korrodierten Werkstoffes ein Restfestigkeitsfaktor berechnet. Das Vorhersagemodell kann somit auf weitere Aluminiumwerkstoffe angewendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen