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Dipl.-Wirt.-Ing. Fatih Bülbül

 
 
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Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Raum:
PB-A 232
Telefon:
+49 (0)271/740-4627
Telefax:
+49 (0)271/740-2545
E-Mail:

 

Anschrift:
Universität Siegen
Fakultät IV, Department Maschinenbau
Lehrstuhl für Materialkunde und
Werkstoffprüfung
Paul-Bonatz-Strasse 9-11
57076 Siegen


Arbeitsgebiet:

"Rissausbreitungsverhalten von Aluminiumlegierungen unter zyklischer Beanspruchung im VHCF-Bereich"

Die Gesamtlebensdauer von Bauteilen ist im Hinblick auf die Dauerfestigkeit durch die dominierende Rissentstehungsphase gegenüber der Risswachstumsphase geprägt. Eine vollständige Beschreibung der Materialermüdung bei niedrigen Spannungsamplituden und damit hohen Lastwechselzahlen umfasst jedoch ebenfalls die Risswachstumsphase. Insbesondere nimmt das Rissausbreitungsverhalten vor allem dann an Bedeutung zu, sobald Bauteile aufgrund von Fertigungsverfahren bereits von Beginn an rissbehaftet sind oder sich Mikrorisse im Betrieb bilden. Besonders im Bereich „Very High Cycle Fatigue“ (VHCF) bei Lebensdauern von ca. 107-109 Lastwechseln, ist nicht vollständig klar, ob alle Risswachstumsphasen, wie sie bei höheren Lastamplituden auftreten, existieren.

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Abb.: Risswachstumsphasen unter Ermüdungsbelastung

Die Forschungen konzentrieren sich hierbei auf zwei unterschiedliche Aluminiumlegierungen: EN-AW 6082 im maximal ausscheidungsgehärteten sowie überalterten Zustand und die naturharte Legierung EN-AW 5083. In den beiden untersuchten Werkstoffen dominieren sehr unterschiedliche Mechanismen der Verfestigung, welche das Schädigungsverhalten unter zyklischer mechanischer Beanspruchung prägen und damit Einfluss auf die Rissausbreitung nehmen. Die Versetzungsstrukturen in der plastischen Zone an der Rissspitze sollen mit Hilfe der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht werden. Hierfür erlaubt die Dual-Beam-FIB Technologie eine zielgenaue Probenentnahme und –präparation von TEM-Lamellen aus definierten Bereichen in Rissspitzennähe. Parallel zur klassischen Visualisierung der Versetzungsstrukturen ermöglicht zudem die Electron Channeling Contrast Imaging (ECCI)-Methode bei hohen Auflösungen eine zerstörungsfreie Beobachtung.

Zusätzlich zu den Untersuchungen des Ausbreitungsverhaltens von Oberflächenrissen unter zyklischer Beanspruchung bei niedrigen Lastamplituden an Luft, sollen die bei der VHCF-Situation unterhalb der Materialoberfläche entstehenden Risse, welche hinsichtlich ihres Risswachstumscharakters nicht vollständig erforscht sind, im Rahmen des Forschungsvorhabens berücksichtigt werden. Deshalb sind zudem Ermüdungsversuche mit rissbehafteten Proben an der Materialoberfläche im Vakuum vorgesehen, um den Einfluss der Atmosphäre zu erfassen. Hierfür steht eine In-Situ Prüfvorrichtung für das Rasterelektronenmikroskop zur Verfügung, welche die Beobachtung und Charakterisierung des Risswachstums im Vakuum sowie an Luft unter Anwendung der Electron Backscatter Diffraction (EBSD) und ECCI-Methode ermöglicht. Desweiteren sind Ermüdungsversuche bei Ultraschallfrequenzen im Vakuum durchzuführen, wobei die Verläufe der Oberflächenrisse mit geeigneten Fernfeldmikroskopen erfasst werden sollen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus den experimentellen Untersuchungen sollen im späteren Verlauf des Forschungsvorhabens zur Verifizierung der Simulationen dienen und als Feedback zur Mechanismen-Aufklärung führen.