Abstract
Die fertigungsprozessbasierte Bewertung der Schwingfestigkeit von Gussbauteilen stellt eine komplexe Aufgabe dar und wird stetig durch Leichtbaugedanken und Umweltanforderungen vorangetrieben. Die Schwingfestigkeit zyklisch beanspruchter Komponenten wird grundsätzlich bestimmt durch Kerben bzw. Defekte, welche statistisch im Bauteil verteilt sind. Eine schwingfeste Bewertung ist zumeist nur an einzelnen, extremalen Imperfektionen möglich. Daher wird in dieser Arbeit eine schichtweise, statistische Betrachtung der Mikroporosität verfolgt, um die Schwingfestigkeitsbewertung von Gussbauteilen zu verbessern. Zur Analyse des statistischen Größeneinflusses nicht zusammenhängender, höchst beanspruchter Volumina wird eine Probengeometrie zur simultanen Beanspruchung zweier voneinander getrennter höchst beanspruchter Bereiche entwickelt und ermüdungsfest charakterisiert, und auf dieser Basis eine Schadenshypothese für diesen statistischen Größeneffekt aufgestellt. Da sich die Mikrostruktur in den höchst beanspruchten Volumina wesentlich unterscheiden kann, wird der Einfluss des sekundären Dendritenarmabstandes auf das Kurz- und Langrisswachstum umfassend untersucht, und ein dreidimensionales Newman-Diagramm erstellt. Die Interaktion von höchst beanspruchtem Volumina und Dendritenarmabstand als repräsentatives Mikrostrukturmerkmal wird diskutiert. Eine schichtweise Bewertung der Schwingfestigkeit wird basierend auf computertomografischen Untersuchungen durchgeführt und die Defektverteilungen bestimmt. Auf Basis der Mikrostrukturparameter und zyklischer Belastung je definierter Schicht kann die Lebensdauer als statistisches Merkmal berechnet und eine konservative Vorhersage der Schwingfestigkeit im Bereich von 12% für verschiedene Schichten nachgewiesen werden. Weiters wird die Bauteillebensdauer durch den Eigenspannungszustand wesentlich beeinflusst. Ein elasto-plastisches Modell zur Berücksichtigung von stabilisierten Eigenspannungen in der Randschicht wird aus der Analyse von gleitgeschliffenen sowie polierten Probenoberflächen unter Beachtung zyklischer Umlagerungseffekte aufgebaut. Die schichtbasierte Schwingfestigkeitsbewertungsmethodik wurde für die Aluminiumgusslegierung AlSi8Cu3 entwickelt und für die Stahlgusslegierungen G21Mn5+N und G12MnMo7-4+QT validiert. Für alle untersuchten Gusswerkstoffe ermöglicht die schichtbasierte Methodik eine Vorhersage der Langzeit-Schwingfestigkeit in einem Streuband von ca. 10%. Es wird somit ein ingenieurmäßig anwendbares, ganzheitliches Bewertungskonzept vorgestellt, welches die schichtbasierte, fertigungsprozessbasierte Auslegung von Gussbauteilen ermöglicht.
Titel in Übersetzung | Einfluss mikrostruktureller Merkmale auf die Ermüdungsfestigkeit von Gusslegierungen mit Hilfe eines schichtbasierten Ansatzes |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dr.mont. |
Gradverleihende Hochschule |
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Betreuer/-in / Berater/-in |
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Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2024 |
Bibliographische Notiz
nicht gesperrtSchlagwörter
- Ermüdungsfestigkeit
- Eigenspannungen
- Stahlguss
- Aluminiumguss
- Gleitschleifen
- Bruchmechanik
- elastisch-plastisches Verhalten
- Volumendefekte
- Oberflächendefekte
- Extremwertstatistik