Wie man hochfeste Aluminiumlegierungen gegen Ermüdung trainieren kann

Aluminium ist dank geringem Gewicht und hoher Korrosionsbeständigkeit ein guter Leichtbauwerkstoff für den Fahrzeugbau. Eine Herausforderung sind jedoch Ermüdungsbrüche, die durch wiederholte Wechselbeanspruchung induziert werden (failure by fatigue).

„Achtzig Prozent aller Ausfälle von technischen Legierungen sind auf Ermüdung zurückzuführen. Ermüdung ist ein Versagen aufgrund einer Wechselbeanspruchung.“
Prof. Christopher Hutchinson von der Monash University

Korrelation zwischen Ermüdungsfestigkeit und Zugfestigkeit für drei Al-Legierungen. (Quelle: Springer Nature)

Wie das Magazin Nature Communications veröffentlichte, haben Wissenschaftler in Australien dafür eine Lösung gefunden: Sie „trainieren“ den Werkstoff so lange, bis diesen Mikrostruktur so modifiziert ist, dass er die Schwachstellen selbst „heilen“ kann, bevor es zum Bruch kommt.

Hutchinson und sein Team von Ingenieuren versuchten, in die frühen Stadien des Ermüdungsprozesses einzugreifen, indem sie die mechanische Energie nutzbar machten, die bei der Wechselbeanspruchung entsteht.

Die Mikrostrukturen werden dabei so ausgelegt, dass die mechanische Energie, die während der ersten Ermüdungszyklen übertragen wird, zur dynamischen Heilung der inhärenten Schwachstellen in der Mikrostruktur genutzt wird. Die Ermüdungslebensdauer der hochfesten Aluminiumlegierungen wird so um das 25-fache verbessert, und die Ermüdungsfestigkeit wird auf etwa die Hälfte der Zugfestigkeit erhöht.

Der Ansatz umfasst den Unterschied zwischen statischer und dynamischer Belastung und stellt eine konzeptionelle Änderung im mikrostrukturellen Design für Ermüdung dar. Die Struktur wird sozusagen „trainiert“ und der Trainingsplan wird genutzt, um die entstehenden Schwachstellen in einem sehr frühen Stadium zu heilen. Der Ansatz sei, so das Forscherteam, allgemeingültig und könnte auf andere sich ähnlich verhaltende Legierungen angewendet werden, bei denen die Ermüdungsleistung eine wichtige Rolle spielt.


Quelle und weitere Infos: Newatlas

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