Identifikation und Modellierung der Schädigungsmechanismen in Al-Si-Mg-Gusslegierungen während Ermüdungsbeanspruchung bei hohen und sehr hohen Lastspielzahlen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Krupp; Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282318703

In der zweiten Förderphase (FP2) soll der Zusammenhang der Mikrostrukturcharakteristika mit den Ermüdungseigenschaften durch in-situ Zug-, Biege- sowie Ermüdungsversuche im REM mittels kombinierter EBSD- und EDX-Mappings sowie TEM-Untersuchungen (post-mortem) auf mikrostruktureller Ebene untersucht und beschrieben werden. Die Erkenntnisse werden mit den charakteristischen Verläufen der Reaktionsgrößen der erfolgreich implementierten neuen Messverfahren (hochauflösende Thermografie, Wechselstrompotentialsondentechnik, Fernfeldmikroskopie) zzgl. hochaufgelöster digitaler Bildanalysen (neu in FP2) korreliert, um den Zusammenhang Mechanismen-Reaktionsgrößen grundlegend zu verstehen und zur Weiterentwicklung der Messverfahren zu verwenden. Der Zusammenhang der Reaktionsgrößen mit ermüdungsinduzierten Veränderungen der Mikrostruktur in Abhängigkeit der dominierenden Mechanismen soll modellbasiert beschrieben und zur Optimierung der entwickelten Mess- und Prüfmethoden herangezogen werden. Die 2D-Mikrostrukturaufnahmen dienen zur Generierung synthetischer, repräsentativer Mikrostrukturen der Legierungs- und Mikrostrukturvarianten für die Randelemente-basierte Modellierung des Kurz- und Langrissausbreitungsverhaltens. Auf Basis der experimentellen und modellierten Ergebnisse sollen die Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur und Ermüdungseigenschaften beschrieben und mit den Gieß- und Phasenberechnungen (WinCast, FactSage) verknüpft werden. Anschließend wird die Übertragbarkeit der erarbeiteten Prozess-Mikrostruktur-Eigenschafts-Zusammenhänge auf komplexe bauteilähnliche Strukturen (Fahrwerkskomponente, Kipphebel) mit dem Ziel eines ermüdungsresistenten Werkstoffdesigns untersucht. Dabei steht eine sichere Vorhersage der Ermüdungslebensdauer bei hohen und sehr hohen Lastspielzahlen für unter frei wählbaren Bedingungen erstarrte und wärmebehandelte Al-Si-Mg-Legierungen im Vordergrund.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Wilhelm Michels