Verifikation von Werkstoffmodellen zur Eigenspannungsmodifikation bei SiC-faserverstärkten Titanlegierungen mittels Synchrotronstrahlung

Kurzfassung

Siliziumkarbidfaserverstärkte Titanlegierungen weisen (TMC - Titanium Matrix Composites) ausgezeichnete statische Festigkeiten und Steifigkeiten auf. Die Ermüdungsfestigkeit erfüllt in einigen Lastfällen jedoch nicht die Erwartungen. Dies wird durch herstellungsbedingte Eigenspannungen verursacht, die in der Titanmatrix vorzeitige Rissbildung begünstigen. Um dieses Verhalten zu verbessern wurden in der Vergangenheit Methoden und Werkstoffmodelle [1, 2] entwickelt, die eine deutliche Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit im HCF-Bereich ermöglichen. Eine nähere Quantifizierung der realen Eigenspannungszustände stand bisher jedoch aus. Im Rahmen einer Messkampagne in der Strahllinie I12 des Elektronensynchrotrons Diamond Light Source Ltd. konnten mittels Röntgendiffraktometrie die Eigenspannungszustände in der Titanmatrix des Verbundwerkstoffs ermittelt werden. Diese werden in Relation mit den Vorhersagen aus analytischen und numerischen Werkstoffmodellen gebracht. Durch eine im Strahlengang aufgebaute Zugprüfeinrichtung wurden auf die Werkstoffproben mehrere Belastungs-Entlastungszyklen aufgebracht und in Abhängigkeit unterschiedlicher Vordehnungen die resultierenden Eigenspannungszustände ermittelt. Im Rahmen des Beitrages werden die Versuchsdurchführung und die durchgeführten Messungen beschrieben. Die Auswertung der Diffraktogramme und die Analyse der Eigenspannungszustände werden vorgestellt. Zum Abschluss erfolgt eine Diskussion und ein Abgleich der Ergebnisse mit den unterschiedlichen Werkstoffmodellen. Referenzen: 1. Hausmann, J.M., Leyens, C., Hemptenmacher, J., Kaysser, W.A.: Optimisation of the fatigue resistance of metal matrix composites. Advanced Engineering Materials, 4 (7) 2002, S. 497-500. 2. Hausmann, J.M., Leyens, C., Kaysser, W.A.: Interaction between cyclic loading and residual stresses in titanium matrix composites. Journal of Materials Science, 39 (1) 2004, S. 501-509.