Skalenübergreifende Korrelation zwischen Defekten und Dauerfestigkeit von additiv gefertigten Proben aus Aluminiumlegierungen

• Antragstellerinnen: Dr.-Ing. Johanna Eisenträger; Dr.-Ing. Anastasiya Tönjes
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553531445

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen es, Bauteile mit komplizierten Geometrien endkonturnah zu produzieren. Die Eigenschaften von additiv gefertigten Bauteilen hängen jedoch stark von ihren lokalen Abmessungen und Querschnittsänderungen ab, was sowohl bei ihrer Erzeugung als auch bei ihrer mechanischen Prüfung zutage tritt. Für die Charakterisierung der Skalierungseffekte bietet sich die Mikrodruckprüfung in Kombination mit entsprechenden Übertragungsansätzen an. In Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass additiv gefertigte Minizylinder bezüglich ihres elastisch-plastischen Verformungsverhaltens mit der Mikrodruckprüfung qualifiziert werden können. Vorteilhaft an der Mikrodruckprüfung ist vor allem, dass die Proben wenig Material erfordern, auf der Bauplatte verbleiben können und der Versuch sensitiv auf Änderungen der Eigenschaften reagiert. Dieses Forschungsvorhaben verfolgt das Ziel, ein Modell zur Schwingfestigkeitsvorhersage von additiv gefertigten Proben basierend auf den Prozessparametern und den Ergebnissen der Mikrodruckprüfung zu entwickeln. Für den Skalierungsansatz werden vier Probengrößen auf einer Bauplattform gefertigt. Neben den mechanischen Prüfungen werden das Gefüge und die mittlere Defektgröße, die Einzeldefektgröße, das Längen-Breiten-Verhältnis sowie die Zirkularität im Falle von Poren in den Proben metallographisch und rasterelektronenmikroskopisch analysiert. Darüber hinaus wird die Porenverteilung statistisch ausgewertet. Der Zusammenhang zwischen Porenverteilung, rasterelektronenmikroskopisch ermittelter Gefügebestandteile und Prozessparametern wird mit Methoden des maschinellen Lernens untersucht. In diesem Forschungsvorhaben wird eine diesem Zweck angepasste Modellierung zur Vorhersage der Schwingfestigkeit entwickelt. Dabei werden Korrelationen zwischen den Parametern der Mikrodruckprüfung und konventionellen mechanischen Versuchen identifiziert, was über ein enges Zusammenspiel von Simulationen mittels der Finiten-Elemente-Methode und experimentellen Untersuchungen erreicht werden soll. Die Legierungsunabhängigkeit des Modells wird durch eine Evaluation an einer weiteren Legierung gezeigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr.-Ing. Brigitte Clausen