Die Wechselwirkung von Überlasten und des Walzgefüges auf das Ermüdungsrissverhalten einer AA2024-T3 Aluminiumlegierung

Kurzfassung

Das Ermüdungsrisswachstum stellt einen kritischen Schädigungsmechanismus in zyklisch belasteten Bauteilen dar und ist insbesondere für sicherheitsrelevante Strukturen in der Luftfahrt von großer Bedeutung. Unter realen Betriebsbedingungen wird eine konstante zyklische Belastung häufig durch Überlasten unterbrochen, die das nachfolgende Risswachstum durch Retardation erheblich beeinflussen können. Diese Arbeit untersucht die Wechselwirkung zwischen Überlasten und der Walzorientierung auf das Ermüdungsrisswachstum der Aluminiumlegierung AA2024-T3. Hierzu werden zwei Middle-Tension-Proben (MT) mit unterschiedlichen Walzorientierungen (L-T und T-L) unter zyklischer Belastung mit definierten Überlasten untersucht. Ziel ist es, den Einfluss der Walzorientierung auf die Rissfortschrittsgeschwindigkeit sowie die zugrunde liegenden extrinsischen und intrinsischen Rissfortschrittsmechanismen zu charakterisieren. Zur experimentellen Untersuchung werden hochauflösende digitale Bildkorrelation (HR-DIC), Dehnungsmessstreifen (DMS), Potentialmessungen und Rasterelektronenmikroskopie (REM) miteinander kombiniert. Dadurch können das Risswachstum, lokale Verformungen im Bereich der Rissspitze und Mechanismen auf der Bruchoberfläche analysiert werden. Die Ergebnisse zeigen einen deutlichen Einfluss der Walzorientierung auf das Ermüdungsrissverhalten. Während bei beiden Orientierungen eine durch die Überlast hervorgerufene Retardation des Risswachstums auftritt, ist diese bei der T-L-Probe, deren Walzrichtung senkrecht zur Belastungsrichtung liegt, sowohl hinsichtlich ihrer Dauer als auch ihrer Größe deutlich stärker ausgeprägt. Die L-T-Probe mit parallel zur Belastungsrichtung verlaufender Walzorientierung weist hingegen eine stärkere Verformung im Bereich der Rissspitze sowie eine erhöhte Anzahl an Rissverzweigungen auf. Die Untersuchungen verdeutlichen damit, dass die retardierende Wirkung von Überlasten in AA2024-T3 wesentlich von der Walzorientierung und den damit verbundenen lokalen Rissfortschrittsmechanismen beeinflusst wird. Die Wechselwirkung zwischen lokaler Verformung, Risspfad und Walzgefüge ist somit für die Bewertung des Ermüdungsrisswachstums gewalzter Aluminiumbauteile von besonderer Bedeutung.