Anisotropes Rissausbreitungsverhalten einer freiformgeschmiedeten, hochfesten AA7010-T7652 Legierung

Kurzfassung

Die Schadenstoleranz von hochfesten Aluminiumlegierungen ist ein sicherheitsrelevantes Auslegungskriterium bei Strukturbauteilen eines Flugzeugs. Die Mikrostruktur des Werkstoffes bestimmt dabei maßgeblich dessen (Ermüdungs-) Rissausbreitungsverhalten. Die Ermüdungsrissausbreitung einer freiformgeschmiedeten, hochfesten AA7010-T7652 Legierung wurde in drei Orientierungen (L-T, T-L, 45°) in einem Lastbereich von ca. 5-30 MPa√m untersucht. Das Gefüge, die Textur sowie Bruchflächen und sekundäre Ermüdungsrisse wurden ergänzend dazu mittels 2D Mikroskopie (REM, EBSD) und 3D Röntgen Computer Tomografie ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen einen Wechsel des Rissfortschrittmechanismus abhängig von der Rissfortschrittsgeschwindigkeit da/dN. Die Kornmorphologie in den drei untersuchten Orientierungen kann auf der Bruchfläche für kleine Rissfortschrittsgeschwindkeiten da/dN<0,1 µm/Zyklus eindeutig identifiziert werden. Dabei sind die Körner faserartig in L-Richtung gestreckt und liegen quasi-globular in der TS-Ebene. Konsistent zu diesem Unterschied der Morphologie der Bruchflächen, zeigen die drei Orientierungen deutliche Differenzen von bis zu 50 % im Rissschließverhalten für kleine Lasten (∆K<10 MPa√m). Darüber hinaus wurde der Einfluss von eisenhaltigen Primärphasen (Al7Cu2Fe-Typ) analysiert. Die stark in L-Richtung gestreckte Form dieser Partikel führt zum einen zu einem vergleichsweise frühen Restgewaltbruch in der T-L und 45° Variante. Zum anderen wird im Zusammenhang mit diesen Primärphasen eine verstärkte Sekundärrissbildung in der L-T Probe beobachtet, welche mit einer Veränderung des tatsächlichen Spannungszustandes der primären Rissspitze und daraus resultierend mit einem Absinken der Rissfortschrittsgeschwindigkeit einhergeht. Schließlich verdeutlichen die Ergebnisse, dass eine dreidimensionale Bewertung des Gefüges notwendig ist, um mikrostrukturabhängiges Verhalten bzgl. Ermüdungsrissfortschritt in hochfesten Aluminiumlegierungen vorherzusagen.