Experimentelle Charakterisierung und zweidimensionale Simulation der mikrostrukturbestimmten Ermüdungsrissausbreitung in einer β‐Titanlegierung

In diesem inderdisziplinären Projekt wird die metastabile β‐Titanlegierung TIMETAL®LCB bezüglich des mikrostrukturellen Einflusses auf das Risseinleitungs‐ und ‐ausbreitungsverhalten untersucht. Als experimentelle Methoden stehen u. a. ein ISDG‐System (interferometric strain/displacement gauge) zur Rissöffnungsmessung und ein EBSD‐System (electron back scattered diffraction) zur Kristallorientierungsbestimmung zur Verfügung. Finite Elemente Berechnungen zeigen, dass die Rissinitiierung durch die elastische Anisotropie wesentlich beeinflusst wird. Die Rissausbreitung erfolgt transkristallin auf Gleitbändern sowie interkristallin entlang von Korngrenzen. Die Risswachstumsraten hängen vom Mechanismus der Ausbreitung stark ab, welcher wiederum von der Risslänge, der aufgebrachten Spannung sowie der jeweiligen Kornorientierung beeinflusst wird. Der gemessene Stationärwert der Rissschließspannung ändert sich abhängig von der aufgebrachten Spannungsamplitude von einem positiven Wert (rauigkeitsinduziert) bei niedrigen Spannungsamplituden zu einem negativen bei höheren Amplituden (hervorgerufen durch Plastizität an der Rissspitze). Die Rissausbreitungsmodellierung erfolgt durch eine Randelementmethode, welche die Grundideen des Modells von Navarro und de los Rios auf eine zweidimensionale Risssimulation ausdehnt. Das Modell beinhaltet den Rissfortschritt auf Gleitbändern und den Richtungswechsel an Korngrenzen. Es kann Reihenfolgeeffekte erfassen und lässt die Berücksichtigung von rauhigkeitsinduziertem Rissschließen, wie es experimentell durch eigene Messungen beobachtet wird, zu.