Für zwei mittelfeste Aluminiumlegierungen wurde vor dem Hintergrund einer Anwendung im Flugzeugbau der Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur und den mechanischen Eigenschaften untersucht. Dabei handelte es sich zum einen um eine neu entwickelte Al-Mg-Sc-Legierung mit ca. 4,5 Gew.-% Magnesium und 0,3 Gew.-% Scandium. Zum anderen wurde die aushärtbare Al-Mg-Si-Cu-Legierung 6013 untersucht. Für beide Legierungen wurden mechanische Kennwerte ermittelt, die üblicherweise für die Auslegung oder die Beurteilung der Restlebensdauer von Verkehrsflugzeugen von Interesse sind. Dazu gehören die im Zugversuch gemessenen (quasistatischen) mechanischen Eigenschaften, vor allem aber die Ermüdungseigenschaften wie die Lebensdauer unter zyklischer Beanspruchung im Wöhlerversuch und die Widerstände gegen Rißbildung, Ausbreitung von kurzen Oberflächenrissen und langen, durchgehenden Rissen. Die Untersuchung der Ausbreitung von Makrorissen erfolgte an den gewalzten Blechen der beiden Legierungen. Untersucht wurde im wesentlichen der Einfluß des Umgebungsmediums, die Frequenzabhängigkeit der Rißausbreitungsraten im korrosiven Medium und der Einfluß der Belastungsform. Zur Ermittlung des Einflusses komplexerer Belastungsverläufe auf das Makrorißausbreitungsverhalten wurden beide Legierungen zyklisch einer simulierten Flugzeug-Rumpfbelastung ausgesetzt. Folgende Merkmale der beiden Testlegierungen lassen sich hinsichtlich einer Anwendung im Flugzeugbau, wo Ermüdungseigenschaften von hoher Relevanz sind, hervorheben: Die feine Mikrostruktur und der hohe Beitrag der Korngrenzenhärtung zur Gesamtfestigkeit der Al-Mg-Sc-Legierung führt gegenüber der Legierung 6013 zu einem insgesamt als besser zu bezeichnenden Ermüdungsverhalten, sofern keine Schädigung in Form eines bereits vorhandenen Anrisses vorliegt. Im Wöhlerversuch zeigte die Al-Mg-Sc-Legierung an Luft einen deutlich höheren Widerstand gegen Rißbildung. Bei hoch beanspruchten Bauteilen mit begrenzter Lebensdauer könnte die Al-Mg-Sc-Legierung gegenüber dem 6013-Material deutliche Vorteile im Hinblick auf die bis zur Rißbildung ertragene Anzahl von Lastwechseln sowie die sich anschließende Phase des Wachstums kurzer Oberflächenrisse bieten. Bei Kontakt mit Salzwasser besteht allerdings die Gefahr der Verminderung des Widerstandes gegen Rißbildung durch lokale korrosive Oberflächenschädigungen. Die Legierung 6013 zeigt in diesem Zusammenhang aufgrund höherer Korrosionsbeständigkeit ein besseres mechanisches Verhalten. Ein Nachteil der feinen Mikrostruktur der Al-Mg-Sc-Legierung ist ihr geringer Widerstand gegenüber der Ausbreitung von langen, durchgehenden Rissen, insbesondere unter aggressiven Umgebungsbedingungen. Im Gegensatz zur Legierung 6013 werden die Rißausbreitungsraten im aggressiven Medium jedoch nicht - oder nur in zu vernachlässigendem Umfange - durch die Belastungsfrequenz beeinflußt. Ungünstige Last- und Frequenzkombinationen können bei der Legierung 6013 zu schwer vorhersehbaren Verschlechterungen des Widerstandes gegen Rißausbreitung führen, die Al-Mg-Sc-Legierung ermöglicht hierbei verläßlichere Lebensdauervorhersagen im Sinne schadenstoleranter Auslegung von Komponenten im Flugzeugbau.


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    Titel :

    Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften der Aluminiumwerkstoffe Al-4,5Mg-0,3Sc und Al 6013


    Beteiligte:
    Wirtz, Thomas (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2004


    Format / Umfang :

    124 Seiten, 82 Bilder, 11 Tabellen, 68 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch





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