17 AluReport 02.2014 16 AluReport 02.2014 AUTOMOBIL Mit modernsten Prüfmethoden stellt die AMAG sicher, dass aus- schließlich perfekte Produktqualität an die Luftfahrt- industrie geliefert wird. werkstoffe fehlerfrei zu produzieren. Um aber die Fehleranzahl und -größe zu kon- trollieren und ein stabiles Qualitätsniveau zu sichern, werden Luftfahrtplatten für die Fertigung von hochbeanspruchten Bautei- len verschiedenen Prüfungen unterzogen: MECHANISCHE PRÜFUNGEN (ZERSTÖRENDE PRÜFUNGEN): Die Prüfung der Risswachstumsge- schwindigkeit: Liegen diese zulässigen Fehler an hochbe- anspruchten Stellen innerhalb eines Bau- teils, kann dort ein Riss entstehen. Dieser Riss ist normalerweise so klein, daß er an der fertig montierten Flugzeugstruktur mit Hilfe der gängigen zerstörungsfrei- en Prüfverfahren nicht entdeckt werden kann. Deshalb ist die Kenntnis des Werk- stoffverhaltens rissbehafteter Strukturen bzw. Proben notwendig. Im AMAG Prüflabor wird unter einer be- stimmten zyklischen Last (schwingenden Beanspruchung) in einer Probe ein Riss erzeugt und sein Wachstum in Abhängig- keit der Belastungszyklen gemessen. Die dadurch entstehende Risswachstumskurve besteht aus drei Bereichen: Bereich I – Schwellwertbereich: Hier ist die Beanspruchung so gering, dass auch bei bereits bestehendem Riss kein weiteres Risswachstum mehr auftritt. Bereich II – stabiles Risswachstum: Der Bereich des stabilen Risswachstums dient zur Festlegung der Inspektionsinter- valle. Bereich III – Übergang zum instabi- len Risswachstum: Die Risswachstumsgeschwindigkeit steigt an. Die Belastung des Bauteiles darf diesen Grenzwert nicht überschreiten. Das muss in Konstruktion und Werkstoffauswahl berücksichtigt werden. Mit Hilfe der Risswachstumskurve und der Kenntnis der Beanspruchung und des Be- anspruchungskollektivs (Anzahl und Grö- ße der Zyklen) im vorliegenden Bauteil läßt sich das Risswachstum an dieser Stelle vo- raussagen. Damit können Inspektionsinter- valle festgelegt werden, in denen die Risse sicher nachgewiesen werden können. Die Ausgangslage: Es wird davon ausgegangen, dass in tech- nischen Bauteilen immer kleine Fehlstellen existieren, die zur Entstehung von Rissen führen können. Im Gegensatz zu einer glatten fehlerfreien Oberfläche, wo die Rissinitiierung den größten Teil der Le- bensdauer einnimmt, wird bei einem rea- len Bauteil die Lebensdauer hauptsächlich durch die Rissausbreitung bestimmt. Das Wachstum dieser Risse muss aber durch entsprechende zerstörungsfreie Prüfme- thoden überwacht werden und darf nicht zum instabilen Risswachstum und damit zum kompletten Bauteilversagen führen. Die Wissenschaft: Eine quantitative Beschreibung der Werk- stoffschädigung durch Rissbildung und -ausbreitung ermöglicht die technische Bruchmechanik. Sie ist eine fachübergrei- fende Wissenschaft zwischen technischer Mechanik und Werkstofftechnik und geht grundsätzlich von der Existenz von Rissen in Bauteilen und Strukturen aus. Die Prüfungen: Es ist nicht oder nur mit sehr großem Auf- wand möglich, technische Konstruktions- Sicher fliegen mit AMAG Aluminium Prüfkompetenz für Luftfahrtplatten Die Bestimmung der Risswachstumsge- schwindigkeit kann an unterschiedlichen Pro- benformen durchgeführt werden, z. B. CT – compact tension (Abb. 3) oder CCT – center crack tension-Proben (Abb. 1). Die Probe wird in einer Prüfmaschine zyklisch belastet und die Verlängerung eines definierten Anrisses in regelmäßigen Abständen gemessen. Aus Spannungsamplitude, Risslänge und Zyklen- zahl wird die zyklische Spannungsintensität (ΔK) und die Risswachstumsgeschwindigkeit (da/dN) berechnet. Die Risswachstumskurve ist die doppeltloga- rithmische Darstellung beider Größen gegen- einander. Ein typisches Ergebnis für Platten der Legierung 7075-T7351 zeigt Abbildung 2. An Hand dieser Kurven lässt sich abschätzen, wie schnell ein Riss unter einer spezifischen Beanspruchung im Bauteil wächst und welche Inspektionsintervalle festgelegt werden müs- sen, um den Riss sicher zu erkennen und ein Bauteilversagen auf Grund von instabiler Riss- ausbreitung zu verhindern. Diese Messungen sind Bestandteil jeder Material- qualifikation bei jedem Flugzeug- hersteller. 1,0E-06 1,0E-05 1,0E-04 1,0E-03 1,0E-02 0 , 0 0 1 0 , 0 1 0 , 1 K [ MPa m ] da/dN [ mm/cycle ] 2A-1 L-T - F const. - 78 Hz 2A-6 L-T - F const. - 78 Hz 1A-2 L-T - Kmax const. - 78 Hz 1A-3 L-T - Kmax const. - 78 Hz 2A-5 L-T - F const. - 10 Hz Wie funktioniert … … EINE RISSWACHSTUMS- GESCHWINDIGKEITSPRÜFUNG? Abb.1: CCT-Probe AluReport 02.2014 17
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AUTOMOBIL
Mit modernsten Prüfmethoden stellt die AMAG sicher, dass aus-
schließlich perfekte Produktqualität an die Luftfahrt-
industrie geliefert wird.
werkstoffe fehlerfrei zu produzieren. Um
aber die Fehleranzahl und -größe zu kon-
trollieren und ein stabiles Qualitätsniveau
zu sichern, werden Luftfahrtplatten für die
Fertigung von hochbeanspruchten Bautei-
len verschiedenen Prüfungen unterzogen:
MECHANISCHE PRÜFUNGEN (ZERSTÖRENDE PRÜFUNGEN):
Die Prüfung der Risswachstumsge-schwindigkeit: Liegen diese zulässigen Fehler an hochbe-
anspruchten Stellen innerhalb eines Bau-
teils, kann dort ein Riss entstehen. Dieser
Riss ist normalerweise so klein, daß er an
der fertig montierten Flugzeugstruktur
mit Hilfe der gängigen zerstörungsfrei-
en Prüfverfahren nicht entdeckt werden
kann. Deshalb ist die Kenntnis des Werk-
stoffverhaltens rissbehafteter Strukturen
bzw. Proben notwendig.
Im AMAG Prüflabor wird unter einer be-
stimmten zyklischen Last (schwingenden
Beanspruchung) in einer Probe ein Riss
erzeugt und sein Wachstum in Abhängig-
keit der Belastungszyklen gemessen. Die
dadurch entstehende Risswachstumskurve
besteht aus drei Bereichen:
Bereich I – Schwellwertbereich:Hier ist die Beanspruchung so gering, dass
auch bei bereits bestehendem Riss kein
weiteres Risswachstum mehr auftritt.
Bereich II – stabiles Risswachstum:Der Bereich des stabilen Risswachstums
dient zur Festlegung der Inspektionsinter-
valle.
Bereich III – Übergang zum instabi-len Risswachstum:
Die Risswachstumsgeschwindigkeit steigt
an. Die Belastung des Bauteiles darf diesen
Grenzwert nicht überschreiten. Das muss
in Konstruktion und Werkstoffauswahl
berücksichtigt werden.
Mit Hilfe der Risswachstumskurve und der
Kenntnis der Beanspruchung und des Be-
anspruchungskollektivs (Anzahl und Grö-
ße der Zyklen) im vorliegenden Bauteil läßt
sich das Risswachstum an dieser Stelle vo-
raussagen. Damit können Inspektionsinter-
valle festgelegt werden, in denen die Risse
sicher nachgewiesen werden können.
Die Ausgangslage:Es wird davon ausgegangen, dass in tech-
nischen Bauteilen immer kleine Fehlstellen
existieren, die zur Entstehung von Rissen
führen können. Im Gegensatz zu einer
glatten fehlerfreien Oberfläche, wo die
Rissinitiierung den größten Teil der Le-
bensdauer einnimmt, wird bei einem rea-
len Bauteil die Lebensdauer hauptsächlich
durch die Rissausbreitung bestimmt. Das
Wachstum dieser Risse muss aber durch
entsprechende zerstörungsfreie Prüfme-
thoden überwacht werden und darf nicht
zum instabilen Risswachstum und damit
zum kompletten Bauteilversagen führen.
Die Wissenschaft:Eine quantitative Beschreibung der Werk-
stoffschädigung durch Rissbildung und
-ausbreitung ermöglicht die technische
Bruchmechanik. Sie ist eine fachübergrei-
fende Wissenschaft zwischen technischer
Mechanik und Werkstofftechnik und geht
grundsätzlich von der Existenz von Rissen
in Bauteilen und Strukturen aus.
Die Prüfungen:Es ist nicht oder nur mit sehr großem Auf-
wand möglich, technische Konstruktions-
Sicher fliegen mit AMAG AluminiumPrüfkompetenz für Luftfahrtplatten
