Schwingfestigkeitsuntersuchungen an druckgegossenen Magnesiumprobekörpern mit künstlichen und herstellungsbedingten Fehlstellen

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1 Technik Oliver Zimprich Schwingfestigkeitsuntersuchungen an druckgegossenen Magnesiumprobekörpern mit künstlichen und herstellungsbedingten Fehlstellen Studienarbeit

3 TECHNISCHE UNIVERSITÄT DARMSTADT FACHBEREICH MASCHINENBAU FACHGEBIET UND INSTITUT FÜR WERKSTOFFKUNDE Abteilung Oberflächentechnik und Korrosion Studienarbeit Schwingfestigkeitsuntersuchungen an druckgegossenen Magnesiumprobekörpern mit künstlichen und herstellungsbedingten Fehlstellen vorgelegt von Oliver Zimprich Darmstadt, im November 2003

4 INHALTSVERZEICHNIS I Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis...I Abbildungsverzeichnis...III Tabellenverzeichnis...VI Bedeutung der Formelzeichen und Abkürzungen... VII 1 Einleitung Guss- und Gefügefehler Lunker Mikroporosität Gasporosität Metallische Einschlüsse Oxideinschlüsse Einflussfaktoren auf die Schwingfestigkeit Einfluss von Werkstoffinhomogenitäten auf die Schwingfestigkeit Einfluss von Einschlüssen auf die Schwingfestigkeit Einfluss von Korrosion auf die Schwingfestigkeit Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Schwingfestigkeit Das Modell von Yukitaka Murakami Modellvorstellung Effekt von kleinen, synthetischen Löchern Effekt von kleinen, synthetischen Löchern mit unterschiedlichen Durchmessern und Tiefen Verwendete Werkstoffe und Prüfmethode Verwendete Werkstoffe Prüfmethode Ergebnisse Wöhlerkurven Wöhlerkurven von langen, ungekerbten Prüfkörpern Wöhlerkurven von langen, gekerbten Prüfkörpern Wöhlerkurven von kurzen, ungekerbten Prüfkörpern Wöhlerkurven von kurzen, gekerbten Prüfkörpern Fraktografie Rasterelektronenmikroskopie Verfahren... 27

5 INHALTSVERZEICHNIS II Untersuchungen Lichtmikroskopie Verfahren Untersuchungen Diskussion Zusammenfassung Literatur Anhang Versuchsmatrizen Versuchsmatrix lange, ungekerbte Proben Versuchsmatrix lange, gekerbte Proben Versuchsmatrix kurze, ungekerbte Proben Versuchsmatrix kurze, gekerbte Proben Wöhlerkurven Wöhlerkurve lange, ungekerbte Proben Wöhlerkurve lange, gekerbte Proben (Prüflast 10 kg) Wöhlerkurve lange, gekerbte Proben (Prüflast 30 kg) Wöhlerkurve lange, gekerbte Proben (Kalottenschliff) Wöhlerkurve kurze, ungekerbte Proben Wöhlerkurve kurze, gekerbte Proben (Prüflast 1 kg) Wöhlerkurve kurze, gekerbte Proben (Prüflast 10 kg) Wöhlerkurve kurze, gekerbte Proben (Prüflast 30 kg) Wöhlerkurve lange Proben Wöhlerkurve kurze Proben... 58

6 ABBILDUNGSVERZEICHNIS III Abbildungsverzeichnis Abb. 1.1: Anwendungen von Magnesiumlegierungen [eigene Darstellung]... 1 Abb. 2.1: Lunker, AZ91, Vergrößerung 200:1 [6]... 3 Abb. 2.2: Zustandsdiagramm Magnesium-Aluminium-Legierungen [6]... 4 Abb. 2.3: Dichte von Magnesium in Abhängigkeit der Temperatur [6]... 5 Abb. 2.4: Mikroporosität bei Gusseisen mit Lamellengraphit, Vergrößerung 10:1, ungeätzt [7]... 5 Abb. 2.5: Mikroporosität bei einem Gussteil aus austenitischem Gusseisen mit Kugelgraphit, Vergrößerung 10:1, ungeätzt [7]... 6 Abb. 2.6: eingeschlossene Luftporen bei einem Druckgussteil aus GD-AlSi9Cu3, Vergrößerung 10:1, ungeätzt [7]... 7 Abb. 2.7: Aluminiumgusslegierung, eisenhaltige Aluminium-Mehrstoffbindung, die Mikrohärte liegt zwischen 800 und 1000, Vergrößerung 300:1 [7]... 8 Abb. 2.8: Aluminiumgusslegierung, SiC-Einschluss, Vergrößerung 100:1 [7]... 8 Abb. 2.9: Oxidhäute, AE42, Vergrößerung 200:1 [6]... 9 Abb. 5.1: Probenform langer Prüfkörper [eigene Darstellung] Abb. 5.2: Probenform kurzer Prüfkörper [eigene Darstellung] Abb. 5.3: Umlaufbiegemaschine Typ STANDARD [eigene Darstellung] Abb. 5.4: Umlaufbiegemaschine Typ RAPID [eigene Darstellung] Abb. 6.1: Wöhlerkurve lange, ungekerbte Proben [eigene Darstellung] Abb. 6.2: Wöhlerkurve lange, gekerbte Proben (Prüflast 10 kg) [eigene Darstellung] Abb. 6.3: Wöhlerkurve lange, gekerbte Proben (Prüflast 30 kg) [eigene Darstellung] Abb. 6.4: Wöhlerkurve Kalottenschliff [eigene Darstellung] Abb. 6.5: Wöhlerkurve kurze, ungekerbte Proben [eigene Darstellung] Abb. 6.6: Wöhlerkurve kurze, gekerbte Proben (Prüflast 1 kg) [eigene Darstellung] 25 Abb. 6.7: Wöhlerkurve kurze, gekerbte Proben (Prüflast 10 kg) [eigene Darstellung] Abb. 6.8: Wöhlerkurve kurze, gekerbte Proben (Prüflast 30 kg) [eigene Darstellung] Abb. 6.9: REM, Vergrößerung 280:1, dendritische Mikrostruktur mit Lunker, Probenkörper Nr.61 [eigene Darstellung]... 28

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4.3.2 System mit völliger Löslichkeit im festen Zustand 82 4.3.3 System mit teilweiser Löslichkeit im festen Zustand 83 4.3. Inhalt Vorwort 1 Werkstoffe und Hilfsstoffe 1 2 Struktur und Eigenschaften der Metalle 3 2.1 Atomarer Aufbau, Kristallsysteme, Gitterfehler 3 2.1.1 Das Atom 3 2.1.2 Die atomaren Bindungsarten 4 2.1.3 Kristallsysteme