Einfluss ausscheidungsfreier Säume in Relation zu anderen mikrostrukturellen Parametern auf das Kurzrisswachstum in der hochfesten Aluminiumlegierung EN AW-7075

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Carla Beckmann; Dr.-Ing. Sebastian Fritsch
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561091004

Hochfeste Aluminiumlegierungen zeichnen sich durch ein breites Eigenschaftsspektrum aus. Der hohen statischen Festigkeit steht dabei jedoch oftmals eine reduzierte Ermüdungsfestigkeit gegenüber. Die Ursache dafür liegt in der heterogenen räumlichen Anordnung sowie Größenverteilung und Morphologie der festigkeitssteigernden Ausscheidungen. So kommt es insbesondere bei konventionellen thermo-mechanischen Behandlungen zur Bildung ausscheidungsfreier Säume (engl. precipitate free zones - PFZ). Aufgrund der lokal geringeren Festigkeit begünstigen die PFZ Rissbildung und -wachstum. Das Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit den Auswirkungen unterschiedlicher mikrostruktureller Größen auf die mechanischen Eigenschaften und speziell auf das Ermüdungsverhalten der hochfesten Aluminiumlegierung EN AW-7075. Im Vordergrund steht dabei der Zusammenhang zwischen Korngröße (ultra-feinkörnig bis grobkörnig), Größe und Verteilung der Ausscheidungen sowie Abmessungen und Morphologie der PFZ. Durch die Kombination von (teilweise hochgradig) plastischer Verformung mit vergleichsweise niedrigen Auslagerungstemperaturen und -zeiten sowie geringen Aufheizraten wird systematisch untersucht, innerhalb welcher mikrostrukturellen Grenzen ein gezieltes PFZ-Design erfolgen kann. Der Fokus bei der anschließenden mechanischen Charakterisierung liegt besonders auf dem Bereich des Kurzrisswachstums und der Ermüdung in den unterschiedlichen Materialzuständen. Dabei wird der Einfluss der PFZ auf das Verhältnis von inter- zu transkristallinem Risswachstum und möglicherweise auftretende Mechanismenwechsel detailliert beschrieben. Die experimentellen Erkenntnisse bilden eine Basis für die probabilistische Modellierung des Risswachstums im Rahmen mikromechanischer Modelle. Mit Hilfe der weiter zu entwickelnden numerischen Ansätze kann der Einfluss verschiedener mikrostruktureller Größen systematisch abgebildet und evaluiert werden. Eine wissenschaftliche Herausforderung besteht dabei in der numerischen Beschreibung der unterschiedlichen Rissausbreitungsmechanismen in (ultra-)feinkörnigen Gefügen. Durch einen Abgleich mit in situ-Experimenten zur Rissausbreitung an Mikroproben erfolgt eine weitere Validierung. Durch die Kombination der experimentellen und numerischen Ergebnisse wird ein allgemeines Verständnis zum Ermüdungsverhalten hochfester Aluminiumlegierungen erarbeitet. Darüber hinaus werden geeignete Strategien für die thermo-mechanische Behandlung identifiziert, die sowohl hohe statische Festigkeiten als auch eine erhöhte Ermüdungsfestigkeit miteinander kombinieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen