Aluminiumermüdung

Ermüdungszerstörung

Wie andere Metalle, Aluminium und seine Legierungen versagen bei wiederholter Belastung bei deutlich niedrigeren Belastungsniveaus, als unter statischer Belastung. Diese Art der Zerstörung, die in der Rissbildung unter dem Einfluss von Wechselspannungen besteht, bekannt als Ermüdungsbruch.

Diese Wechselspannungen können in der Praxis durch Wechselbelastungen verursacht werden., Vibrationen oder sich wiederholende Temperaturänderungen. Richtung, wo sich der Ermüdungsriss ausbreitet, steht immer senkrecht zur Spannungslinie, den Riss verursachen. Wenn der Riss wächst, Spannungen im verbleibenden Teil des Querschnitts nehmen zu und dementsprechend steigt auch die Risswachstumsrate.

Schließlich, Stufe ist erreicht, wenn der verbleibende Teil des Querschnitts den aufgebrachten Lasten nicht mehr standhält und Probe kollabiert. Ermüdungsrisse sind sehr schwer zu erkennen, da im Gegensatz zum Zugversuch der Probe an der Versagensstelle keine sichtbare Verdünnung der Probe auftritt.

Ermüdungsbelastungszyklus

Den Spannungszustand beschreiben, führt zu Müdigkeit, Es gelten die folgenden vier Hauptparameter:
1) minimale Zyklusspannung, σMindest;
2) maximale Zyklenspannung , σMax;
3) mittlere Zyklusspannung, σich = (pMindest + σMax)/2;
4) Amplitude der Zyklenspannung, σein = (pMindest – σMax)/2.

Zyklusspannung ist vollständig definiert, wenn zwei Parameter dieser vier bekannt sind.

Der Einfluss der durchschnittlichen Zyklenspannung auf die Dauerfestigkeit ist sehr groß: Die Auferlegung zusätzlicher Zugspannungen auf den symmetrischen Zyklus verringert die Dauerfestigkeit, das Aufbringen von Druckspannungen erhöht seine.

Stresskonzentratoren

Die Ermüdungsbeständigkeit wird in der Regel in Gegenwart lokaler Stresskonzentratoren deutlich reduziert, wie scharfe Rillen, eine starke Änderung der Profildicke oder sogar Spuren von grober Bearbeitung und Kratzer.

Diese Oberflächenfehler und Spannungskonzentratoren haben einen besonderen Einfluss auf die Dauerfestigkeit, wenn sie sich quer zur Belastungsrichtung befinden. Sie können einen viel größeren Einfluss auf die Dauerfestigkeit haben., als diese Unterschiede, die unterschiedliche Legierungen oder deren unterschiedliche Behandlungen haben können. Ausschlaggebend für die Dauerfestigkeit von Bauteilen sind daher immer die richtige Form und Oberflächenbeschaffenheit..

Weller-Kurve für Aluminium

Das übliche Verfahren für Ermüdungsprüfungen besteht darin, eine festgelegte Anzahl von Proben bei unterschiedlichen Spannungsamplitudenniveaus zu prüfen.. Bei der grafischen Darstellung der Testergebnisse erhält man die Belastungszahl der Zyklen bis zum Versagen Ermüdungskurve (Bild 1). Es wird auch oft genannt Weller-Kurve und Wöhlerdiagramm.

Bei Stählen hat die Ermüdungskurve einen flachen Abschnitt, definierend Ermüdungsgrenze. Bei Belastungen unterhalb dieser Ermüdungsgrenze wird das Material nie versagen.. Die meisten Aluminiumlegierungen, wie andere Nichteisenmetalle, haben keine solche Grenze (die einzige Ausnahme kann Aluminium-Magnesium sein Legierungen der Serie 5xxx), und die Kurve geht schräg auf unbestimmte Zeit. Daher kommt es bei den meisten Aluminiumlegierungen immer zu einer Zerstörung durch zyklische Belastung., obwohl die Steigung der Kurven im Bereich hoher Haltbarkeitswerte klein wird.

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Bild 1

Aluminiumermüdung

Spannung anzeigen, bei der Zerstörung von Aluminiumlegierungen (und den meisten anderen Nichteisenlegierungen) auftritt, wird der Begriff verwendet Dauerfestigkeit für eine bestimmte Haltbarkeit, was mit σ . bezeichnet wirdn. Der Begriff Dauerfestigkeit definiert die Amplitude der Spannung, bei der Zerstörung nach einer bestimmten Anzahl von Zyklen auftritt. Der Begriff Ermüdungsgrenze entspricht immer der unendlichen Dauerhaftigkeit..

Ultimative Festigkeitsdaten, die Streckgrenze und Dauerfestigkeit einiger Aluminiumlegierungen in verschiedenen Zuständen sind in der Abbildung im Vergleich dargestellt 2.

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Bild 2

Quelle: TALAT 1501