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

Einfluss prozessinduzierter mikrostruktureller Volumen- und Oberflächendefekte auf das Ermüdungsverhalten additiv gefertigter Werkstoffstrukturen

Donnerstag (19.09.2019)
16:30 - 17:00 Uhr Petersburg
Bestandteil von:


Durch die additive Fertigung ergeben sich Möglichkeiten in der Bauteilkonstruktion, die weit über die konventioneller Fertigungsverfahren hinausgehen. Um das große Potential der additiven Fertigung zu erschließen, ist es zwangsläufig notwendig, die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Strukturen sowie deren Zusammenhang mit der Mikrostruktur zu untersuchen. Mit Blick auf eine Anwendung dieser Technologie in sicherheitsrelevanten Strukturkomponenten spielen insbesondere die zyklischen Werkstoffeigenschaften eine zentrale Rolle. Hierbei führen die im additiv gefertigten Werkstoffvolumen befindlichen, prozessinduzierten Poren bzw. „Lack-of-Fusion“ Defekte [1] und die aus den meist hohen Oberflächenrauigkeiten additiv gefertigter Oberflächen resultierenden Kerbwirkungen [2] zu einer deutlichen Verringerung der Ermüdungsfestigkeit im Vergleich zu konventionell hergestellten Werkstoffen. Darüber hinaus zeigen additiv gefertigte Werkstoffstrukturen eine Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von der Aufbaurichtung [1,2].

In den vorliegenden Untersuchungen wurden Werkstoffproben mittels Selective Laser Melting aus AISI 316L liegend mit Layerbenenorientierung parallel zu Beanspruchungsrichtung und stehend mit senkrecht zur Lastachse orientierten Layerebenen gefertigt. Um den Einfluss der Volumendefekte und der additiv gefertigten Oberfläche zu separieren, wurden Proben mit polierter und Proben mit additiv gefertigter Oberfläche untersucht. Zur Charakterisierung des Einflusses der Aufbaurichtung sowie der mikrostrukturellen Kerben auf das Ermüdungsverhalten wurden analog zu [1] instrumentierte Laststeigerungs- und Einstufenversuche durchgeführt, auf deren Grundlage Wöhlerkurven im HCF-Bereich ermittelt wurden. Hierbei konnte mittels des √area-Ansatzes [3] ein deutlicher Einfluss der mikrostrukturellen Volumendefekte auf das Ermüdungsverhalten festgestellt werden. Ferner zeigten die additiv gefertigten Oberflächenzustände signifikant reduzierte Ermüdungslebensdauern. Weiterhin wurde für beide Oberflächenzustände ein Aufbaurichtungseinfluss auf das Ermüdungsverhalten festgestellt.


[1] Blinn B., Klein M., Beck T. MATEC Web of Conferences 2018; 165: 02006.

[2] Riemer A., Leuders S., Thöne M., Richard H.A., Tröster T., Niendorf T. Engineering Fracture Mechanics 2014; 120: 15-25.

[3] Murakami Y. Kyushu: Elsevier; 2002


 

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Bastian Blinn
TU Kaiserslautern
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Tilmann Beck
    TU Kaiserslautern

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