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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Einfluss mikrogefräster Strukturen auf die Ermüdungseigenschaften von Reintitan

Thursday (19.09.2019)
09:30 - 10:00 Uhr Gartensaal
Bestandteil von:


Moderne Mikrobearbeitungsverfahren ermöglichen die Veränderung der Morphologie einer Bauteiloberfläche zur Einstellung gewünschter Oberflächen- und Bauteileigenschaften. Als geeignetes Verfahren zur gezielten Einstellung der Oberflächenmorphologie hat sich das Mikrofräsen etabliert. Dieses zeichnet sich durch die große erreichbare Geometrievielfalt, das breite Spektrum an bearbeitbaren Werkstoffen und die hohen Oberflächengüten bei vergleichsweise hohem Zeitspanvolumen aus. Mikrostrukturen stellen jedoch gleichzeitig Kerben in der Oberfläche dar. Auf makroskopischer Ebene wirken sich Kerben oftmals negativ auf die Ermüdungseigenschaften aus. Mikrogefräste Strukturen haben allerdings Abmessungen, die die charakteristischen kristallographischen Gefügeabmessungen deutlich unterschreiten und so möglicherweise keinen Einfluss auf die Ermüdungsfestigkeit des Werkstoffs besitzen.

Ziel der vorliegenden Untersuchungen war es, die Zusammenhänge zwischen Gefüge- und Oberflächenmorphologie und deren wechselseitigen Einfluss auf die Ermüdungseigenschaften eines Werkstoffes zu erforschen. Für die Untersuchung wurden Miniaturermüdungsproben aus Reintitan in drei Werkstoffzuständen (mittlere Korngröße: 2,5 µm, 35 µm und 100 µm) mit verschiedenen Oberflächenzuständen (poliert, plangefräst und mit mikrogefrästen rechteckigen Kerben) hergestellt. Die eingesetzten Mikroschaftfräser hatten einen Durchmesser von 50 µm und erlauben eine gezielte Einstellung der Kerbentiefe (≤ 20 µm). Zur Detektion anrissgefährdeter Bereiche und der Bewertung der Oberflächenmorphologie wurde eine Oberflächencharakterisierung mit Konfokalmikroskopie und polarisierter Lichtmikroskopie durchgeführt. Der Einfluss der eingebrachten Mikrostrukturen auf die Ermüdungseigenschaften der Werkstoffe wurde in Versuchen unter zyklischer Wechselbeanspruchung, unterstützt durch digitale Bildkorrelation zur Detektion lokaler plastischer Verformungen, untersucht.

Mit den erlangten Erkenntnissen ist es möglich, die Prozessauslegung so zu gestalten, dass Mikrostrukturen bzw. die Oberflächenmorphologie keinen negativen Einfluss auf das Ermüdungsverhalten haben und so die Lebensdauer von funktionalisierten Bauteilen erheblich gesteigert werden kann.

 

Sprecher/Referent:
Luisa Böhme
TU Kaiserslautern
Weitere Autoren/Referenten:
  • Sonja Kieren-Ehses
    TU Kaiserslautern
  • Martin Bohley
    TU Kaiserslautern
  • Dr. Benjamin Kirsch
    TU Kaiserslautern
  • Prof. Dr. Jan C. Aurich
    TU Kaiserslautern
  • Prof. Dr. Eberhard Kerscher
    TU Kaiserslautern