Mikrorissentstehung und Mikrorisswachstum in Aluminiumlegierungen bei zyklischer Beanspruchung– Werkstoffliche Untersuchung und Simulation

Abstract

Gezeigt wird die Modellierung und die Simulation des Mikrorisswachstums unter schwingender Beanspruchung. Mikrostrukturelle Barrieren sowie der Spannungszustand spielen dabei eine essentielle Rolle. Der metallische Werkstoff setzt sich in der Simulation aus hexagonalen Körnern zusammen, wobei die kristallographische Orientierung in jedem Korn anders ist. Das Risswachstum erfolgt zunächst bestimmt durch die Schubspannung in stage I (microstructurally short cracks). Mit Annäherung der Rissspitze an eine Korngrenze verlangsamt sich das Risswachstum. Nach Erreichen einer spezifischen Risslänge erfolgt das Risswachstum im stage II, d. h. unter Normalspannungseinfluss (physically small crack). Das Modell wird auf den Werkstoff AlMgSi1 angewendet. Hohlzylinder dieses Werkstoffs werden durch Zug-Druck, Torsion und mehrachsig beansprucht. Das simulierte Risswachstum zeigt im Hinblick auf die Rissorientierung und die Häufigkeitsverteilung eine gute Übereinstimmung mit den im Experiment erzielten Ergebnissen. Microcrack Initiation and Microcrack Growth in Aluminium Alloys Subjected to Cyclic Loading – Material Analysis and Simulation In this paper a model designed to simulate the growth of microcracks under the influence of cyclic loading is presented. Considering fatigue crack growth microstructural barriers as well as the state of stress play an essential role. The polycristalline metal was modelled as an aggregate of hexagonal grains with each of the grains showing a different crystallographic orientation. The crack growth is initially dominated by shear stresses leading to microstructurally short cracks (stage I). As the tip of the microcrack approaches a grain boundary the crack growth rate decreases. The transition from stage I to stage II crack growth is also considered in the model as the crack reaches a specific length and continues to grow under the influence of normal stresses (physically short cracks). The model is applied to tubular specimens of the aluminum alloy AlMgSi1 which are subjected to tension and torsion as well as to combined tension-torsion loading cycles. In terms of the microcrack distribution as a function of their orientation the simulated crack growth behaviour reveals a close match with the experimental results.