Untersuchungen zur Wechselwirkung kurzer Ermüdungsrisse mit Grenzflächen in einer Ti-Al-Legierung der 3. Generation
Final Report Abstract
Im Rahmen des Forschungsvorhabens ist es erstmals gelungen, das Verfahren der sog. digitalen Bildkorrelation (DIC) zur Detektion von Ermüdungsanrissen bei Temperaturen von bis zu 700 °C anzuwenden. Da das sog. Speckle-Muster, welches hierfür auf die Probenoberfläche aufgebracht werden muss, nur geringe Teile der Oberfläche abdeckt, ist es zudem weiterhin möglich, mittels Rückstreuelektronenbeugung (EBSD) die Probe hinsichtlich der Kornorientierung im Rasterelektronenmikroskop zu charakterisieren. Die Messungen zeigen damit deutlich die Dehnungsunterschiede auf Kornebene, die letztlich auch bei Legierungen, die keine größeren als Risskeime wirkenden Defekte aufweisen, zum Ermüdungsbruch führen. Die Kombination der verschiedenen Verfahren hat es ermöglicht, zumindest für einfachere Kristallstrukturen ein Lebensdauermodell zu entwickeln, welches es auf Basis der Verteilung des ermittelten Korngrenzencharakters erlaubt, für die Anwendung wichtige Größen wie die Lebensdauerstreuung vorherzusagen. Die im Projekt entwickelten neuen experimentellen Verfahren zur Rissdetektion in zyklisch beanspruchten Werkstoffen mittels DIC und die Kombination mit in-situ Ermüdung im Rasterelektronenmikroskop können wesentliche Zusatzinformationen über die Vorgänge bei der Ermüdung liefern. Speziell in Verbindung mit EBSD ist es möglich geworden, quantitativ die Dehnungsfelder auf der Ebene der relevanten mikrostrukturellen Details zu erfassen. Eine mögliche Anwendung von DIC scheint im Bereich der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zu liegen und dieser Aspekt soll in künftigen Projekten weiterverfolgt werden. Darüber hinaus zeichnet sich ab, dass speziell die Kombination mit der in-situ Ermüdung im Rasterelektronenmikroskop für die Untersuchung der Schädigungsentwicklung an nanostrukturierten Werkstoffen wichtige Impulse liefern könnte. Ein entsprechender Forschungsantrag zu diesem Thema ist daher momentan in Vorbereitung. Das entwickelte Modell zur Vorhersage der Ermüdungslebensdauer liefert - zumindest für einfachere Kristallstrukturen - bereits eine gute Vorhersage der im Experiment beobachteten Streuungen der Lebensdauer. Die Erweiterung des Modells auf andere Systeme soll daher in einem neuen Projekt angegangen werden.
Publications
- Early Detection of Crack Initiation Sites in TiAl Alloys During Low-cycle Fatigue at High Temperatures Utilizing Digital Image Correlation. Int. J. Mater. Res., 100, 2009, pp. 603-608
T. Niendorf, Chr. Burs, D. Canadinc, H.J. Maier
- Grain Boundary Characterization and Energetics of Superalloys. Mater. Sci. Eng. A, 527, 2010, pp. 7115-7125
M.D. Sangid, H. Sehitoglu, H.J. Maier, T. Niendorf
