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Einflussfaktoren auf die Rissinitiierung, die Rissausbreitung und die Wechselfestigkeit von mikrostrukturierten Proben aus Reintitan

  • Moderne Mikrostrukturierungsverfahren können dazu genutzt werden, die Eigenschaften von Bauteiloberflächen zu verändern und für bestimmte Anwendungsfälle gezielt zu optimieren. Gleichzeitig ist die Beschaffenheit einer Oberfläche von entscheidender Bedeutung für die Initiierung von Ermüdungsrissen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden miniaturisierte Proben aus alpha-Titan mit drei verschiedenen Korngrößen, deren Oberflächen mithilfe von vier Mikrostrukturierungsverfahren modifiziert wurden, untersucht und die Einflussfaktoren auf die Schädigungsentwicklung unter zyklischer Beanspruchung eruiert. Dafür wurden Methoden zur Charakterisierung der Oberflächenmorphologie (Topographie, Korngröße und kristallographische Orientierung) der Proben entwickelt. Die daraus abgeleiteten Informationen wurden für die Detektion kritischer Bereiche genutzt, in denen die Ermüdungsrissinitiierung vorzugsweise auftritt. Die Untersuchungen zeigen, dass sich der Rissinitiierungsort anhand der entwickelten Methoden basierend auf Topographiedaten für Probenzustände bestimmen lässt, bei denen die Topographie den Rissinitiierungsort determiniert und bei denen folglich auch die Wechselfestigkeit aufgrund der Oberflächenstrukturierung reduziert ist. Für Probenzustände, bei denen die Rissinitiierung nicht an topographischen Merkmalen erfolgt, wird der Rissinitiierungsort durch lokale mikrostrukturelle Charakteristika bestimmt und konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit mit der Korngröße und der kristallographischen Orientierung korreliert werden.
  • Modern micro machining processes can be used to modify component surfaces as to optimize its characteristics for specific applications. % as to achieve surfaces exhibiting specific characteristics. At the same time the condition of a surface is of major importance for the fatigue crack initiation. Within the present work alpha-Titanium miniature specimens with micro machined surfaces and with three different grain sizes are investigated in order to study the influence of surface morphology characteristics on the damage mechanisms under cyclic loading. For this reason, methods were developed for the characterization and analyzation of the surface morphology (topography, grain size, and crystallographic orientation) of these specimens. The resulting information were used for the detection of critical areas where fatigue crack initiation preferentially occurs. The comparison of the predicted crack initiation areas with the actual crack initiation areas show that the topography-based prediction method succeeds in case of specimen states for which the crack initiation area is determined by the surface topography. Certain specimen states do not show crack initiation at surface topography characteristics. In these cases, crack initiation is determined by the local microstructure. A correlation is shown between the path of a fatigue crack and the grain size as well as the crystallographic orientation.

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Metadaten
Author:Luisa Böhme
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-68007
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6800
Advisor:Eberhard Kerscher
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2022/04/06
Year of Publication:2022
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2021/09/23
Date of the Publication (Server):2022/04/07
Tag:Oberflächenmorphologie; Werkstoffermüdung
Number of page:V, 163
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 500 Naturwissenschaften
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell (CC BY-NC 4.0)