Brucherscheinungen an Duraluminium II (Abriss von Tragflächen einer IL 18 bei der Landung)

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Johanna Tiedeman
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1 Brucherscheinungen an Duraluminium II (Abriss von Tragflächen einer IL 18 bei der Landung) Martin Möser, Bei der Iljuschin 18 handelte es sich um eine viermotorige Propellermaschine, die von Turbinen angetrieben wurde. Dieser Typ bildete eine lange Zeit die Grundlage der Interflug als Fluggesellschaft der DDR. Das Hauptfahrwerk war an den Tragflächen angebracht. Im Jahre 1977 setzte eine solche Maschine derart hart in Schönefeld auf, dass die Tragflächen abbrachen. Das Flugzeug rollte wie eine Zigarre über das Flugfeld. Da die Passagiere angeschnallt waren, hielt sich der Personenschaden in Grenzen. Die Unfallursache fand man schnell darin, dass der Pilot vergessen hatte, den Autopiloten abzuschalten. Die fraktographische Untersuchung sollte ausschließen, dass eventuell Risse vorhanden waren. Makroskopisch fanden sich dafür keine Hinweise. Angeliefert wurde ein Teil der Bruchfläche im Originalzustand (Probe A). Zum Zwecke des Vergleichs wurde die Probe unterhalb der Schadensstelle neu gebrochen (Probe B). Weiterhin wurde an diesem Material ein Ermüdungstest durchgeführt (Probe C). Zusätzlich wurde ein Schadensteil aus einem Hubschrauber übergeben, bei dem man sich sicher war, dass es durch Ermüdung gebrochen war (Probe D).

auf. In der Mitte des Bleches zeigt sich

2 Probe A (Originalbruchfläche) Die Bruchfläche weist eine zeilige Struktur auf. In der Mitte des Bleches zeigt sich eine Trennung, die in die Tiefe führt. Weiterhin finden sich schalige Teilchen in der Größe von 10 µm, die in sich gebrochen sind. Die Matrix hat unter Ausbildung einer Wabenstruktur versagt. Der Bildeindruck ist durch überstrahlende Teilchen (Oxide) leicht gestört, siehe Bild 1. Bild 1: Originalbruchfläche (Vergrößerungsfolge) a) zeilige Wabenstruktur, Mittentrennung b) d) Nest mit schaligen, gebrochenen Teilchen, Größe der Fragmente um 6 µm 2

Ein Bereich, in dem sich die Wabenstruktur etwas

und b) zeilige Wabenstruktur c) kantige Teilchen

3 Ein Bereich, in dem sich die Wabenstruktur etwas deutlicher ausgebildet hat, ist in Bild 2 zu sehen. Kantige Teilchen dienen als Wabenkeime. Bild 2 : Originalbruchfläche (andere Stelle) a) und b) zeilige Wabenstruktur c) kantige Teilchen in Größe von 4 µm als Wabenkeime (Vergrößerungsfolge) 3

4 Probe B (frische Gewaltbruchfläche) Der Bruch ist terrassenartig verlaufen. Die Waben sind flach. Spröde Teilchen werden bis zu 20 µm groß, feinere etwa 4 µm (Bild 3). Bild 3: neu geschaffene Gewaltbruchfläche (Vergrößerungsfolge): flache Waben, zersplitterte Teilchen in der Größe bis 20 µm, sonst Teilchengröße um 4 µm 4

In Bild 4 ist ein weiterer Ausschnitt der frischen Gewaltbruchfläche zu sehen.

Beim Bruch sind sie zersplittert. Bild 4: zwei große Teilchen (ca.

In Bild 5 findet sich ein dritter Ausschnitt der frischen Gewaltbruchfläche.

5 In Bild 4 ist ein weiterer Ausschnitt der frischen Gewaltbruchfläche zu sehen. Zwei grobe Teilchen liegen eng beieinander und habe eine Doppelwabe gebildet. Beim Bruch sind sie zersplittert. Bild 4: zwei große Teilchen (ca. 20 µm) sind in sich gebrochen und bilden eine Doppelwabe (neu geschaffene Gewaltbruchfläche, andere Stelle) In Bild 5 findet sich ein dritter Ausschnitt der frischen Gewaltbruchfläche. Eine längliche Ansammlung von Teilchen in der Größe von 2-3 µm bildet eine lange Wabe und trägt damit zur Zeiligkeit bei. Bild 5: Teilchen in der Größe von 2-3 µm als Keime einer Zeilenwabe (neu geschaffene Gewaltbruchfläche, dritte Stelle) 5

Teilchen dienen als lokale Riss-Starter.

erzeugt) a) Übergang vom Ermüdungsriss zum

6 Probe C (frische Ermüdungsbruchfläche) Betrachtet wurde der Übergang vom Anriss zum Restbruch. Es finden sich flache Bruchbahnen; feine Teilchen dienen als lokale Riss-Starter. Bei höherer Vergrößerung wird eine Querstreifung sichtbar. Sie kennzeichnet den Rissfortschritt pro Lastwechsel (Bild 6). Bild 6: Ermüdungsbruchfläche (absichtlich erzeugt) a) Übergang vom Ermüdungsriss zum Restbruch b) flache Bruchbahnen; feine Teilchen als lokale Riss- Starter (aus Bild a links oben) c) Querstreifung; Breite der Streifen etwa 0,3 µm 6

7 Diskussion Die Strukturen der Originalbruchfläche und der neu geschaffenen Gewaltbruchfläche gleichen einander. Es findet sich eine Wabenstruktur. Als Keime dienten Teilchen in zwei Größenklassen. Die gröberen Teile werden bis zu 20 µm groß, die feineren bis zu 4 µm. Die Ermüdungsbruchfläche gliedert sich in flache Bruchbahnen, die eine Querstruktur aufweisen. Beim Originalteil dienten spröde Teilchen als lokale Starter. Beim Vergleichsbauteil (Hubschrauber) waren sie nicht zu sehen. Dort waren die spröden Teilchen auch im Gewaltbruch weniger auffällig. Die Teilchen der Sekundärphasen erwiesen sich mit bis zu 20 µm als insgesamt recht grob, was aber dem Stand der Technik entsprach [1, 2]. Die Tragflächen sind ohne Anriss gewesen, und es haben sich auch später keine Risse dort eingestellt (zumindest wurden sie nicht mit Havarien in Zusammenhang gebracht). Die Hoffnung des Piloten auf mildernde Umstände zerschlug sich damit. Literatur [1] Darmstadt, M. A.; Blanchet, R.; Mukherjee, A. K.: A correlation between acoustic emission and the fracture toughness of 2124 T 851 aluminium. Engineering Fracture Mechanics 9 (1977) [2] van de Kasteele, J. C. W.; Broek, D.: The failure of large second phase particles in a cracking of aluminium alloy. Engineering Fracture Mechanics 9 (1977)

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