In vielen Anwendungsbereichen werden Bauteile und Strukturen sehr hohen Lastwechselzahlen ausgesetzt. Da in diesem hohen Lastwechselzahlenbereich die Langzeitfestigkeit nicht immer gegeben ist, können somit Bauteile trotz einer ermüdungs- bzw. betriebsfesten Auslegung bei einer entsprechend hohen Lastwechselzahl versagen. Dabei wird davon ausgegangen, dass beim Übergang vom Langzeitfestigkeits- in den VHCF-Bereich ein Wechsel des Schädigungsmechanismus auftritt. So initiieren im VHCF-Bereich in sogenannten Typ II-Werkstoffen Risse in der Regel im Inneren einer Probe. Um den Rissinitiierungsort entsteht i. Allg. eine markante Zone, die je nach Detektionsmethode unterschiedlich bezeichnet wird, wie z.B. fine granular area (FGA). Diesem Gebiet wird ein hoher Lebensdaueranteil von über 90% zugesprochen. Allerdings ist der Mechanismus, der zu diesem Gebiet führt, nicht geklärt, so dass unterschiedliche Modelle existieren. Bislang ist jedoch kein Modell in der Lage, alle experimentellen Beobachtungen zu beschreiben. Deshalb soll das geplante Forschungsvorhaben einen Beitrag zur Klärung der grundlegenden Mechanismen zur Bildung dieses markanten Gebiets und der entsprechenden Lebensdauerphasen im VHCF Bereich leisten. Da jedoch in soliden Strukturen nicht von vornherein bestimmt ist, welche Fehlstelle Ausgangsort der Rissinitiierung ist, ist die Beobachtung und Bewertung der Bildung des markanten Gebiets sowie des Lebensdaueranteils in den unterschiedlichen Phasen anhand solider Proben nur schwer möglich. Um den Mechanismus der Bildung dieses markanten Gebiets zu verstehen und die Lebensdauerphasen im VHCF Bereich abzubilden, sollen mit additiv gefertigten Proben aus Ti6Al4V, in die jeweils eine künstliche Fehlstelle im Inneren in Form eines Hohlraums eingebracht wird, Ermüdungsversuche mit unterschiedlichen Mittelspannungen durchgeführt werden. Hierbei ist die reproduzierbare Ausbildung des markanten Gebiets um einen Hohlraum an einer definierten Position das Ziel. Mithilfe der Mehrprobentechnik sowie durch FIB Präparationen, Cross Section Polishing oder metallische Schliffe parallel zur Lasteinleitung kann damit der Zeitpunkt der Bildung sowie das Gefüge, die Form und Ausdehnung des markanten Gebiets um die künstliche Fehlstelle erforscht werden. Zudem sollen die Lebensdauerphasen beobachtet werden, indem Versuche bei definierten Kriterien wiederholt unterbrochen werden, um μCT Scans durchzuführen. Im Nachgang können dann durch entsprechende Gefügeuntersuchungen senkrecht zur Bruchfläche die Bildung des markanten Gebiets um die Fehlstelle an den gebrochenen Proben beurteilt werden. Um die Rissausbreitung durch die Zuordnung von erzeugten Rastmarken zu verfolgen sowie den Einfluss plastischer Verformungen zu untersuchen, sollen zudem zweistufige Blocklastversuche durchgeführt werden. Flankiert werden die experimentellen Untersuchungen durch entsprechende komplexe elastisch-plastische Finite-Elemente-Simulationen und analytische Betrachtungen.

Bearbeiter:  M.Sc. Stefan Meyer

Zeitraum:  02/2023 - 01/2026