In-situ Röntgenlaminographie mit biaxialer Belastung für die skalenübergreifende Untersuchung von Schadenentstehungen in Materialien für Transportanwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Tilo Baumbach; Dr.-Ing. Lukas Helfen
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391911929

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Leichtbaumaterialien spielen eine entscheidende Rolle in der Transport- und Verkehrsindustrie und anderen Aspekten des täglichen Lebens. Aluminiumlegierungen für den Bau von Flugzeugen, Fahrzeugen oder Zügen sind dahingehend nur ein Beispiel. Solche plattenähnlichen Komponenten sollten idealerweise sehr widerstandsfähig gegenüber den Kräften sein, denen sie während ihrem Einsatz ausgesetzt sind. Gleichzeitig müssen sie möglichst leicht sein, um den Energieverbrauch zu minimieren. Darüber hinaus kommt es während der Fertigung als auch beim Einsatz dieser Materialien zu Veränderungen der Richtungen, in denen diese Kräfte wirken. Die Effekte dieser sogenannten Lastpfadveränderungen auf die Integrität der Strukturen waren bisher nicht bekannt. Die zentrale Aufgabe des LAMBDA-Projekts war daher die Untersuchung der fundamentalen Schädigungsmechanismen, insbesondere in plattenartigen Komponenten bestehend aus Aluminiumlegierungen, die Kräften mit sich verändernder Wirkungsrichtung ausgesetzt sind. Röntgenbildgebungsmethoden sind essenzielle Charakterisierungswerkzeuge für derartige Untersuchungen in den Materialwissenschaften aber auch in anderen Forschungsgebieten. Zu Beginn des Projektes waren allerdings noch keine geeigneten Instrumente oder Techniken für die Beobachtungen des Materialverhaltens in solchen flachen, plattenähnlichen Proben unter externen Kräften verfügbar. Daher bestanden weitere zentrale Ziele des Projektes einerseits im Design und der Konstruktion von Instrumentierung, die es ermöglicht solche Proben realitätsnahen Stressbedingungen auszusetzen; und zweitens in der Entwicklung von Methoden, die es erlauben die innere Struktur und Materialantwort dreidimensional und auf verschiedenen Längenskalen mit entsprechend unterschiedlicher Auflösung abzubilden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• In situ observation of damage evolution in alloy sheet materials via synchrotron micro- and nanolaminography. 17th International Conference on Aluminum Alloys ICAA17, Oct 2020, Grenoble, France
  Lukas Helfen, Thilo F. Morgeneyer, Mathias Hurst, Andrei Shkarin, Xiang Kong, Ante Buljac, François Hild, Heikki Suhonen, Jussi-Petteri Suuronen & Tilo Baumbach
  
• Strain and damage interactions under plane strain conditions: 3D in situ measurements for different microstructures. 17th International Conference on Aluminum Alloys ICAA17, Oct 2020, Grenoble, France
  Thilo F. Morgeneyer, Xiang Kong, Lukas Helfen, François Hild & Ante F. Buljac
  
• Ductile damage of AA2024-T3 under shear loading: Mechanism analysis through in-situ laminography. Acta Materialia, 205, 116556.
  Tancogne-Dejean, Thomas; Roth, Christian C.; Morgeneyer, Thilo F.; Helfen, Lukas & Mohr, Dirk
  
• On crystallographic aspects of heterogeneous plastic flow during ductile tearing: 3D measurements and crystal plasticity simulations for AA7075-T651. International Journal of Plasticity, 144, 103028.
  Morgeneyer, Thilo F.; Khadyko, Mikhail; Buljac, Ante; Helfen, Lukas; Hild, François; Benallal, Ahmed; Børvik, Tore & Hopperstad, Odd S.
  
• 3D in situ study of damage during a ‘shear to tension’ load path change in an aluminium alloy. Acta Materialia, 231, 117842.
  Kong, Xiang; Helfen, Lukas; Hurst, Mathias; Hänschke, Daniel; Missoum-Benziane, Djamel; Besson, Jacques; Baumbach, Tilo & Morgeneyer, Thilo F.
  
• Guided hierarchical in situ X-ray nano-laminography enabling the investigation of damage nucleation in alloy sheets. German Conference for Research with Synchrotron Radiation, Neutrons and Ion Beams at Large Facilities (SNI), Sep 2022, Berlin, Germany
  Mathias Hurst, Lukas Helfen, Thilo F. Morgeneyer, Heikki Suhonen, Jussi-Petteri Suuronen, Ante Buljac, Francois Hild, Tilo Baumbach & Daniel Hänschke
  
• Hierarchical region-of-interest tracking for in situ nano-scale X-ray laminography. 5th International Conference on Tomography of Materials & Structures (ICTMS), Jul 2022, Grenoble, France
  Mathias Hurst, Lukas Helfen, Thilo F. Morgeneyer, Daniel Hänschke, Jussi-Petteri Suuronen, Heikki Suhonen & Tilo Baumbach
  
• A polycrystalline damage model applied to an anisotropic aluminum alloy 2198 under non-proportional load path changes. International Journal of Plasticity, 168, 103674.
  Kong, Xiang; Morgeneyer, Thilo F.; Missoum-Benziane, Djamel & Rousselier, Gilles
  
• Hierarchically guided in situ nanolaminography for the visualisation of damage nucleation in alloy sheets. Scientific Reports, 13(1).
  Hurst, Mathias; Helfen, Lukas; Morgeneyer, Thilo F.; Suhonen, Heikki; Buljac, Ante; Hild, François; Suuronen, Jussi-Petteri; Baumbach, Tilo & Hänschke, Daniel
  
• In-situ Laminography Experiments on AA2198-T8R: Ductile Fracture Mechanisms from Shear to Biaxial Tension. ANNUAL TECHNICAL MEETING, 2023 SOCIETY OF ENGINEERING SCIENCE, Oct 2023, Minnesota (USA)
  Christian C Roth, Thomas Tancogne-Dejean, Xiang Kong, Thilo F. Morgeneyer & Dirk Mohr
  
• LAMINO-II: The New Member of the 3D Lamino-graphic Imaging Portfolio. 15th Conference of High Resolution X-ray Diffraction and Imaging (XTOP2024), Mar 2023, Carry-le-Rouet, France
  Daniel Hänschke, Elias Hamann, Mathias Hurst, Marcus Zuber, Simon Bode, Tomas Farago, Angelica Cecilia, Lukas Helfen & Tilo Baumbach
  
• Plasticity and ductility of an anisotropic recrystallized AA2198 Al-Cu-Li alloy in T3 and T8 conditions during proportional and non-proportional loading paths: simulations and experiments. Journal of Theoretical, Computational and Applied Mechanics.
  Kong, Xiang; Chen, Jianqiang; Madi, Yazid; Missoum-Benziane, Djamel; Besson, Jacques & Morgeneyer, Thilo
  
• Ductile shear damage micromechanisms studied by correlative multiscale nanotomography and SEM/EBSD for a recrystallized aluminum alloy 2198 T8. Journal of Materials Science, 59(29), 13690-13708.
  Kong, Xiang; Hurst, Mathias; Helfen, Lukas; Gaslain, Fabrice; Baumbach, Tilo; Suhonen, Heikki & Morgeneyer, Thilo F.
  
• Multiscale in situ X-ray laminography enabling the observation of damage formation in alloy sheets. 15th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI), Aug 2024, Hamburg, Germany
  Mathias Hurst, Thilo F. Morgeneyer, Lukas Helfen, Xiang Kong, Daniel Hänschke & Tilo Baumbach
  
• Plasticity during ductile tearing: crystallographic and dynamic strain aging effects. 19 th European Mechanics of Materials Conferences, S12: Experimental mechanics and microstructural characterization, May 2024, Madrid, Spain
  Thilo F. Morgeneyer
  
• Plasticity during ductile tearing: crystallographic and dynamic strain aging effects. 19th European Mechanics of Materials Conferences, symposium on fracture, May 2024, Madrid, Spain
  Thilo F. Morgeneyer