Kontakt
  • Branchen
    • Automobilbranche
      • PKW und leichte Nutzfahrzeuge
      • Fahrerassistierte und autonome Fahrzeuge
      • Elektrische Fahrzeuge und Fahrzeuge mit alternativem Antrieb
      • Schwerlaster und Nutzfahrzeuge
      • Offroad-Fahrzeuge
      • Rennsport und Motorsport
      • Wohnmobile
      • Motorräder
      Automotive

      Automobilindustrie

      320 km/h

      Flachbandfahrbahn ermöglicht präzise Nachbildung von Motorsport-Kurvenmanövern

      Fallstudie lesen
    • Materialien
      • Metalle
      • Verbundwerkstoffe
      • Kunststoffe
      • Gummi und Elastomere
      • Klebstoffe
      • Beton und Gestein
      • Keramik und Glas
      • Textilien
      • Holz
      • Papierprodukte
      • Universitäten
      Materials

      Materialien

      1500 Grad Celsius

      Lösungen für die Prüfung von Hochtemperatur-Legierungen, Verbundwerkstoffen, Keramiken und Polymeren

      Artikel lesen
    • Luft- und Raumfahrt
      • Starrflügelluftfahrzeug
      • Helikopter und Drehflügler
      • UAM (Urban Air Mobility)
      • Delivery Drones
      • Supersonic Aircraft
      • Räumliche Tragwerke
      Aerospace

      Luft- und Raumfahrt

      20 % Zunahme

      der Prüfgeschwindigkeiten  mit modernster Kreuzkopplungs-kompensationstechnik

      Artikel lesen
    • Biomedizin
      • Orthopädie
      • Medizinische Geräte
      • Zahnmedizin
      • Krankenhäuser und Universitäten
      Biomedical

      Biomedizin

      1 von 1000 Kindern

      braucht eine korrigierende Skoliose-Operation

      Fallstudie lesen
    • Bauwesen
      • Mehrfachgefährdungs-Engineering
      • Erdbebentechnik
      • Bautechnik
      Civil Engineering

      Bauwesen

      1,32 Millionen Pfund

      Kraftkapazität ermöglichen die Prüfung von sehr großen Prüfkörpern bis zum Versagen

      Fallstudie lesen
    • Gesteinsgeomechanik
      • Fossile Brennstoffe
      • Geothermische Energie
      • Bergbau
      • Bau
      • Kohlenstoffbindung
      • Forschung
      Rock Geomechanics

      Gesteins- und Geomechanik

      3x Stärkere

      Betonwerkstoffe ermöglichen die Aufnahme höherer Lasten

      Fallstudie lesen
    • Energie
      • Windenergie
      • Öl und Gas
      Energy

      Energie

      56 MNm

      Kippmomentkapazität ermöglicht das Prüfen der größten Windkraftanlagen-Antriebsstränge

      Artikel lesen
    • Schienenverkehr
      • Nahverkehrszüge
      • Güterzüge
      • Hochgeschwindigkeitszüge
      Rail

      Schienenverkehr

      550 km/h

      Prüfsystem ermöglicht laborbasierte Studien der Betriebsumgebung von Hochgeschwindigkeitszügen

      Artikel lesen
  • Anwendungen
    • Werkstoffanwendungen
    • Prüftyp
      • Spannung
      • Druck
      • Ermüdung und Bruch
      • Beugung und Biegung
      • Scherung, Schälung, Riss
      • Verdrehung
      • Berührungslose Dehnungsmessung
      • Hochtemperatur
      • 2-achsig und mehrachsig
      • Hohe Rate
      • Dynamisch-mechanische Analyse

      Materialanwendungen nach Werkstoff

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Prüfnorm
      • ASTM-Prüfnormen
      • ISO-Prüfnormen
      • EN-Prüfnormen

      Materialanwendungen nach Werkstoff

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Materialien
      • Metalle
      • Verbundwerkstoffe
      • Kunststoffe
      • Gummi und Elastomere
      • Klebstoffe
      • Befestigungen und Schweißnähte
      • Beton und Gestein
      • Keramik und Glas
      • Holz- und Papierprodukte
      • Additive Herstellung

      Materialanwendungen nach Werkstoff

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Anwendungen in der Automobilbranche
      • Elektrofahrzeugbatterien
      • Komplettes Fahrzeug
      • Achse und Aufhängung
      • Lenkung
      • Antriebsstrang
      • Dämpfer
      • Elastomerlager und Buchsen
      • Bereifung
      • Auspuffanlage
      • Karosseriebauteile
      • Kühlsystem-Komponenten
      • Transport und Verpackung
      • Motorrad
      • Landwirtschafts-, Baustellen- und Geländefahrzeuge (OHV)

      Automobilbranche

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Anwendungen für Luft- und Raumfahrt
      • Vollständige Strukturen in Originalgröße
      • Sub-Assemblies
      • Sub-Systems
      • Flugleitsysteme
      • Flugwerkskomponenten
      • Drehflügler-Komponenten
      • Komponenten für Gasturbinenmotoren

      Luft- und Raumfahrt

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Biomedizinische Anwendungen
      • Orthopädie
      • Biomechanik
      • Medizinisches Gerät
      • Biomaterialien

      Biomedizin

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Anwendungen im Bauwesen
      • Baustrukturen
      • Strukturelle Teilbaugruppen und Komponenten
      • Nicht-strukturelle Systeme
      • Offshore- und Küstengebiete/Infrastruktur
      • Konstruktionswerkstoffe

      Bauwesen

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Energieanwendungen
      • Prüfungen von Windturbinen
      • Öl- und Gas-Pipeline

      Energie

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Anwendungen für Gesteingeomechanik
      • Fossile Brennstoffe
      • Geothermie
      • Lagerung von Atommüll

      Gesteinsgeomechanik

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Schienenanwendungen
      • Aufhängungskomponenten von Schienenfahrzeugen
      • Kupplungen von Schienenfahrzeugen
      • Räder von Schienenfahrzeugen und Schiene
      • Achsen von Schienenfahrzeugen
      • Fahrwerke von Schienenfahrzeugen
      • Komplette Schienenfahrzeuge
      • Stromabnehmer von Schienenfahrzeugen
      • Gleise und Streckenbett
      • Fahrleitungssystem und Oberleitung

      Schienenverkehr

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

  • Produkte
    • Automobilsysteme
      • Interaktives Testlabor (Englisch)
      • Prüfsysteme für komplette Fahrzeuge
      • Teilsysteme und Komponentenprüfsysteme
      • Reifenprüfsysteme
      • Dämpferprüfsysteme
      • Elastomerprüfsysteme
      • Lösungen für die hybride Simulation
      • Modulkomponenten

      Automobilbranche

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Werkstoffprüfsysteme
      • Statische Materialprüfsysteme
      • Dynamische Materialprüfsysteme
      • Extensometer
      • Spannzeuge
      • Befestigungen und Platten
      • Kammern, Öfen und Flüssigkeitsbäder
      • Hochtemperatur-Teilsysteme und TMF
      • Kraftmessdosen/Kaftaufnehmer

      Materialien

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Systeme für die Luft- und Raumfahrt
      • Komplette Regelungs- und Datenerfassung
      • Komplette hydromechanische Energieverteilung
      • Sicherheitslösungen für Testobjekte
      • Struktur-Druckprüfungsregler Serie 261
      • Prüfsysteme für hohe Kräfte
      • Modulkomponenten
      • FlexDAC-Datenerfassungssysteme

      Luft- und Raumfahrt

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Biomedizinische Systeme
      • Orthopädische Prüfsysteme
      • Biomechanische Prüfsysteme
      • Prüfsysteme für medizinische Geräte
      • Prüfsysteme für Biomaterialien

      Biomedizin

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Systeme für Hoch- und Tiefbau
      • Erdbebensimulatoren und Rütteltische
      • Mehrachsige Prüfsysteme für Montageeinheiten
      • Lösungen für die hybride Simulation
      • Prüfsysteme für seismische Isolationslager
      • Systeme für Prüfungen mit hoher Krafteinwirkung
      • Modulkomponenten
      • STEX Pro-Software

      Bauwesen

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Energiesysteme
      • Ermüdungssysteme für Rotorblätter von Windkraftanlagen
      • Statische Systeme für Rotorblätter von Windkraftanlagen
      • Wind Turbine Blade Rain Erosion Test System
      • System für Non-Torque-Lasten
      • Prüfsysteme für Öl- und Gasleitungen und -kupplungen
      • Systeme für Prüfungen mit hoher Krafteinwirkung
      • Modulkomponenten

      Energie

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Gesteins- und geomechanische Prüfsysteme
      • Felsmechanik-Prüfsysteme
      • Mehrachsiges Felsprüfsystem

      Gesteinsgeomechanik

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Schienensysteme
      • Prüfsystem für Luftfedern
      • Railway Damper Test System
      • Rolling Contact Fatigue (RCF) System
      • Prüfsystem für Fahrwerk mit 4–28 Kanälen
      • System für Fahrwerksvibrationen und Einstufung
      • Pantograph Wear & Performance System
      • Systeme für Prüfungen mit hoher Krafteinwirkung
      • Prüfsysteme für die Haltbarkeit von Dämpfern
      • Elastomerprüfsysteme
      • Modulkomponenten

      Schienenverkehr

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Bauteile für Prüfsysteme
      • Aktuatoren und Servoventile
      • SilentFlo™-Hydraulikaggregate
      • Hydraulikverteiler der Serie 295
      • Ständer und Rahmen
      • Lastlagerkomponenten
      • FlexTest®-Regler
      • FlexDAC-Datenerfassung
      • SWIFT® Evo-Radkraftwandler

      Bauteile für Prüfsysteme

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

    • Software und Überwachung
      • RPC® Connect Software
      • TestSuite™-Software
      • AeroPro™-Software
      • STEX™ Pro-Software
      • Elastomertestsoftware
      • Dämpfertestsoftware
      • MultiPurpose TestWare® (MPT)
      • First Road Interact-Software
      • Multipumpen Control Manager
      • Geräteüberwachung

      Software und Überwachung

      Lösungssuche

      Nach Prüfmaterial, Prüftyp oder Prüfstandard suchen, um relevante Produkte schnell zu finden.

  • Services
    • Services
      • Kalibrierungen & Metrologie
      • Beratungs- und -Ingenieurdienstleistungen
      • Geräteüberwachung
      • Routinemäßige Wartung und Flüssigkeitspflege
      • Reparaturen und Wiederaufbereitung
      • Umzugsdienste

      Service und Support

    • Pläne
      • Softwaresupportpläne
      • Technische Supportpläne
      • Servicepläne
      • Erweiterte Garantie

      Service und Support

    • Schulung

      Schulungskurse

    • Ersatzteile

      Ersatzteile

    • Support
      • Technische Unterstützung
      • Wissensartikel
      • Technische Handbücher
      • Software-Download

      MyMTS-Portal

  • Unternehmen
    • Unser Unternehmen
      • Über MTS
      • Globale Präsenz
      • Messen und Veranstaltungen
      • Geschichte

      Unser Unternehmen

    • Karriere

      Karriere

    • Nachhaltigkeit

      Nachhaltigkeit

    • Zulieferer
      • Startseite Lieferanten
      • Produkte und Dienstleistungen

      Zulieferer

  • Lösungssuche
  • Kontakt
  • R&D Test Systems
  • E2M Technologies
  • myMTS-Portal
  • Globale Standorte
  • Suche
Home > Ermüdungsprüfung von generativ gefertigten Werkstoffen

Ermüdungsprüfung von generativ gefertigten Werkstoffen

Auburn
Experten des National Center for Additive Manufacturing Excellence an der Auburn University beschreiben das allgemeine Ermüdungsverhalten von generativ gefertigten metallischen Werkstoffen.

Ermüdung ist immer noch die Ursache für die Mehrzahl der mechanischen Ausfälle in vielen strukturellen Anwendungen, und ein typischer Ermüdungsausfall hat mindestens 3 Stufen: Rissinitiierung, Rissausbreitung und endgültiger Bruch. Es ist bekannt, dass Oberflächendefekte (z. B. Oberflächenrauhigkeit), volumetrische Defekte (z. B. Poren, fehlende Schmelze) und die Mikrostruktur Einfluss auf das Ermüdungsverhalten von metallischen Werkstoffen haben. Es ist auch erwähnenswert, dass Risse oft aus verschiedenen Gründen wie leichtere unelastische Verformung, höhere Spannungen/Dehnungen aus externen Belastungen und Spannungskonzentrationseffekte von/nahe der Oberfläche ausgehen.

 

Das stark zunehmende Interesse an den schichtweisen Fertigungsverfahren, auch generative Fertigung (additive manufacturing bzw. AM) genannt, hat viele Branchen dazu veranlasst, die Übernahme dieser Technologien in Betracht zu ziehen. Obwohl die AM-Prozesse einfach zu sein scheinen (schichtweise Fertigung), gibt es viele physikalische und metallurgische Komplexitäten, die mit dem wiederholten Schmelzen/schnellen Erstarren während der Herstellung verbunden sind. Die komplizierte thermische Geschichte (d. h. thermischer Gradient, Abkühlraten usw.), die das Bauteil während der Herstellung erfährt, beeinflusst die Mikrostruktur, die kristallografische Textur, die Eigenspannungen, die Oberflächenrauheit und die Bildung volumetrischer Defekte (z. B. Poren mit Gaseinschlüssen und fehlende Verschmelzungen), die folglich die mechanischen Eigenschaften, insbesondere unter zyklischer Belastung, beeinflussen [1, 2]. In diesem Zusammenhang gibt es mehrere Studien, die den Einfluss von volumetrischen Defekten, Oberflächenrauhigkeit und Mikrostruktur auf das Ermüdungsverhalten von generativ gefertigten (AM) metallischen Werkstoffen untersucht haben [3].

 

Die meisten Studien berichten von einer schlechteren Ermüdungsbeständigkeit für AM-Metallwerkstoffe, selbst im bearbeiteten Oberflächenzustand, im Vergleich zu ihren ausgearbeiteten Gegenstücken, was auf die nachteiligen Auswirkungen von volumetrischen Defekten zurückzuführen ist, die den AM-Prozessen eigen sind [4]. In diesem Zusammenhang wurden viele Anstrengungen unternommen, um die Größe und Anzahl dieser Defekte durch Anpassung der Prozessparameter zu reduzieren. Doch selbst bei Verwendung der optimalsten Fertigungsprozessparameter gibt es immer noch einige prozessbedingte Defekte, z. B. Gaseinschlüsse in den AM-Bauteilen, die deren Ermüdungsleistung verschlechtern können. Nach der Herstellung sind Oberflächen- und thermische Prozesse oft unerlässlich, um das Ermüdungsverhalten von AM-Werkstoffen zu verbessern. In Abbildung 1 ist zum Beispiel zu sehen, dass die Beseitigung der Oberflächenrauheit durch Bearbeitung die Ermüdungsleistung von laserstrahlgeschmolzenem (LB-PBF) 17-4 PH SS deutlich verbessern kann [1]. Ähnliche Auswirkungen der Oberflächenrauhigkeit auf das Ermüdungsverhalten wurden auch für andere Materialsysteme berichtet [5].

 

Abbildung generative Fertigung

Abbildung 1

Vergleich der Spannungs-Lebensdauer-Ermüdung von LB-PBF 17-4 PH SS, das einer CA-H900-Wärmebehandlung unterzogen wurde, mit den Bedingungen der eingebauten und bearbeiteten Oberfläche [1]

 

Thermische Prozesse nach der Fertigung (z. B. heißisostatisches Pressen (HIP) oder Wärmebehandlung) können das Ermüdungsverhalten von AM-Metallwerkstoffen in Verbindung mit Veränderungen der Mikrostruktur (z. B. Porengröße und -verteilung, Korngröße und -morphologie, Ausscheidungsverhalten usw.) beeinflussen [2,4]. Zum Beispiel verbessern Wärmebehandlungsprozesse nach der Fertigung, einschließlich der Lösungsglühung (bekannt als Bedingung A (CA) für 17-4 PH SS), die Ermüdungsbeständigkeit von LB-PBF 17-4 PH SS (Abbildung 2). Dies wird auf das homogenere und feinere Gefüge zurückgeführt, das nach dem CA-Schritt im Vergleich zu dem Gefüge nach Wärmebehandlungsverfahren ohne diesen Schritt entsteht [1].

 

Abbildung generative Fertigung

Abbildung 2

Spannungs-Ermüdungsdaten von LB-PBF 17-4 PH SS, im eingebauten Zustand der Oberfläche, die verschiedenen Wärmebehandlungsverfahren unterzogen wurde [1]. Beachten Sie, dass die hohlen Markierungen die Wärmebehandlungsverfahren ohne CA-Schritt zeigen, während die gefüllten Markierungen die Wärme Behandlungsbedingungen einschließlich CA-Schritt darstellen.

 

Interessanterweise zeigen generativ gefertigte metallische Werkstoffe meist ein ähnliches Ermüdungsrisswachstumsverhalten (fatigue crack growth bzw. FCG) wie das des ausgefertigten Gegenstücks im Paris-Regime (d. h. im Bereich des stabilen Risswachstums). Abbildung 3 ist ein Beispiel, das zeigt, dass LB-PBF 17-4 PH SS ein identisches FCG-Verhalten im Vergleich zum ausgefertigten Werkstoff aufweist [6]. Das LB-PBF 17-4 PH SS zeigt jedoch eine höhere FCG-Rate (d. h. einen geringeren FCG-Widerstand) im instabilen FCG-Bereich (d. h. im hohen ÄK-Bereich) im Vergleich zum ausgefertigten Werkstoff. Dies kann auf die Unterschiede in der Mikrostruktur sowie auf das Vorhandensein von volumetrischen Defekten in LB-PBF 17-4 PH SS zurückzuführen sein, die zu einer geringeren zyklischen Bruchzähigkeit führen als die des ausgefertigten Werkstoffs. Solche Defekte können auch die FCG-Rate von LB-PBF 17-4 PH SS im schwellennahen Bereich erhöhen.

     

Abbildung generative Fertigung

Abbildung 3

 

Ermüdungsrisswachstum (FCG) von LBPBF 17-4 PH SS, das einer CA-H900-Wärmebehandlung unterzogen wurde, im Vergleich zu dem des gefertigten Werkstoffs mit derselben Wärmebehandlungsbedingung [6]

 

Referenzen

1. Nezhadfar PD, Shrestha R, Phan N, Shamsaei N. Int J Fatigue. 2019;124:188-204.

2. Pegues J.W., Shao S., Shamsaei N., Sanaei N., Fatemi A., Warner D.H., Li P., Phan N., Int J Fatigue, 2020: 132, p.105358.

3. Fatemi A, Molaei R, Simsiriwong J, Sanaei N, Pegues J, Torries B, Phan N, Shamsaei N., Fatigue & Fracture of Eng. Mater. & Struc. 2019: 991-1009.

4. Molaei R., Fatemi A., Sanaei N., Pegues J., Shamsaei N., Shao S., Li P., Warner D.H., Phan N., Int J Fatigue, 2020: 132, p.105363.

5. Pegues J., Roach M., Williamson R. S., Shamsaei N. Int J Fatigue, 116, 2018: 543-552.

6. Nezhadfar PD, Burford E, Anderson-wedge K, Zhang B, Daniewicz SR, Shamsaei N., Int J Fatigue. 2019.

 

Das National Center for Additive Manufacturing Excellence (NCAME) an der Auburn University wurde 2017 durch eine Zusammenarbeit mit dem NASA Marshall Space Flight Center gegründet.

 

PDF-Version herunterladen

 

Additive Herstellung

Mehr zur Prüfung von generativ gefertigten Werkstoffen

Additive Herstellung
Stay Connected
  • BRANCHEN
  • Automobilbranche
  • Materialien
  • Luft- und Raumfahrt
  • Biomedizin
  • Bauwesen
  • Gesteins- und Geomechanik
  • Energie
  • Schienenverkehr
  • VERKAUF & SUPPORT
  • Vertriebsbüros
  • Services
  • Schulung
  • Ersatzteile
  • Kundenportal
  • ZULIEFERER
  • Vertragsbedingungen
  • Produkte und Dienstleistungen
  • Erwartungen
  • Verarbeitungsstandards
  • Verpackung & Etikettierung
  • Routing-Leitfaden
  • GESELLSCHAFT
  • Über MTS
  • News
  • Karriere
  • Shows und Events
  • Kultur
  • Nachhaltigkeit
  • Geschichte
  • LÖSUNGEN
  • Anwendungen
  • Teststandards
  • Produkte
  • RESSOURCEN
  • Lernzentrum
  • Lösungssuche
  • Qualität
  • Produktsicherheit
  • Patente
  • KONTAKT
  • UNTERSTÜTZUNG: +49 (0)30 81002-0
  • Online-Anfrage
  • Angebot anfordern
  • Vertriebsbüros
  • UNTERNEHMEN
  • MTS-Systeme
  • E2M-Technologien
  • R&D-Testsysteme
  • MTS SANS China
    • © MTS Systems. Alle Rechte vorbehalten
    • 952 937 4000
    • Datenschutz
    • Nutzungsbedingungen
    • Vertragsbedingungen
    • Gesetz über moderne Sklaverei
    • Cookie-Einstellungen
Wir verwenden notwendige Cookies, damit unsere Seite funktioniert. Wir möchten auch optionale Analyse-Cookies einrichten, die uns helfen, die Seite zu verbessern. Wir verwenden keine optionalen Cookies, es sei denn, Sie aktivieren sie.
Ablehnen Akzeptieren
Wir verwenden notwendige Cookies, damit unsere Seite funktioniert. Wir möchten auch optionale Analyse-Cookies einrichten, die uns helfen, die Seite zu verbessern. Wir verwenden keine optionalen Cookies, es sei denn, Sie aktivieren sie.
Ablehnen Akzeptieren