430 Prakt. Met. Sonderband 30 (1999)
Um den EinfluB des Gefiiges der Al-Matrix auf das Temperaturwechselverhalten zu ermitteln, wur-
den alle Werkstoffe im Zustand der maximalen Hirte (T6) sowie im Anlieferungszustand (T1) un-
tersucht. Da Aluminiumwerkstoffe zu einer raschen Festigkeitsabnahme (Uberalterung) bei erhöh-
ten Temperaturen neigen, wurden außerdem die unverstärkte und eine verstärkte Al-Matrix (mit
15% AlO3) ausgehend vom T6-Zustand ausgelagert und anschließend thermisch zykliert. Zum
Vergleich wurde das Temperaturwechselverhalten eines konventionellen Grauguß-Werkstoffs
(GGG 60) untersucht.
2. Experimentelle Methoden
Die Simulation von Thermoschock- oder thermischen Ermüdungsbedingungen erfolgte mit Hilfe
einer 400 W Nd-YAG-Laser-Versuchsanlage [7]. Wihrend des Thermoschock-Versuchs wird die
Probenoberfliche mit einem Paket von schnell aufeinanderfolgenden Pulsen (f = 30 Hz) aufgeheizt
und anschließend mit Wasser abgekühlt. Dabei wird die Temperatur der Probenoberfläche mit ei-
nem Infrarot-Pyrometer (A = 2,6 pm) gemessen. Bei der konstanten mittleren Laserleistung (300 W)
betrigt die maximale Temperatur in den Al-Werkstoffen 550°C, und im GrauguB3 1000°C. Bei
thermischen Ermiidungs-Versuchen wird die Probenoberfliche mit einzelnen Laser-Pulsen beauf-
schlagt. Variiert wurden Pulsenergie (14-22 J) und Zyklenzahl (0-100.000). Wegen der hohen Auf-
heizgeschwindigkeiten (15 ms) kénnen Temperaturverldufe dabei nur rechnerisch ermittelt werden.
Die Wirmeabfuhr erfolgt hier durch Selbstabschreckung. Somit kann jeder einzelne Puls als ein
Temperaturwechsel betrachtet werden.
Die Quantifizierung der laserinduzierten Schädigung erfolgte jeweils durch die Auswertung der
Rißdichte an der Oberfläche sowie der Rißtiefe im Querschliff
3. Ergebnisse und Diskussion
Numerische Temperaturberechnungen
Im Vorfeld zu den praktischen Versuchen wurden numerische Temperaturberechnungen mit Hilfe
des FEM-Programms Ansys durchgeführt. Die Berechnungen sollen zeigen, welche Temperaturen
bei thermischen Ermüdungsversuchen mit vorgegebener Leistung zu erwarten sind. Die Rechnersi-
mulation erfolgte für AA 6061 mit 15% AL,O;-Partikeln, ohne diese sowie fiir GGG 60. Die physi-
kalischen WerkstoffgroBen, die in die Rechnung einbezogen wurden, sind Dichte, Wärmeleitfähig-
keit und spezifische Wärmekapazität. In Bild 2 ist die maximale Temperatur im Brennfleck in Ab-
hängigkeit von der aufgestrahlten Energie dargestellt. Bei gleichem Energieeintrag ergeben sich im
Grauguß ca. zweimal höhere Temperaturen als in Al-Werkstoffen. Dies ist vor allem auf die
schlechtere Wärmeleitfähigkeit des Graugusses (30 W/mK bei 20°C) gegenüber den Al-
Werkstoffen (ca. 150 W/mK bei 20°C) zurückzuführen.
