Schlagdynamische Biegebeanspruchung von Titanmatrix-Verbundwerkstoffen (TMCs)

Summary

Die steigenden und speziellen Anforderungen an Werkstoffe für den Hochtechnologiebereich können mit traditionellen metallischen Werkstoffen nur im einschränkten Maß erfüllt werden. Der Bedarf an leichten Materialen mit hoher Festigkeit nimmt ständig zu. Auf Grund ihres geringen spezifischen Gewichtes und ihrer guten chemischen Beständigkeit bei hohen Einsatztemperaturen finden die Titanlegierungen, insbesondere die Ti-6Al- 4V Legierung, vielfache Anwendung im Flugzeugbau. Die Kriechfestigkeit bei höheren Temperaturen bedarf jedoch der Verbesserung, wobei legierungstechnische Maßnahmen weitgehend ausgereizt sind. Ein ganz anderer Weg zur höheren Kriechbeständigkeit ist ein MCC-Aufbau, bei dem SiC-Fasern die Kriechfestigkeit und Temperaturbeständigkeit und der Ti-6Al-4V-Grundwertkstoff die Korrosionsfestigkeit beisteuert.

Die potentiellen Einsatzgebiete für die SiC-faserverstärkte Ti-6Al-4V Titanlegierung im Bereich von Triebwerken sind z.B. Fan-Schaufeln, Gehäuse und Deckbänder. Hier existieren nicht nur quasistatische, sondern auch dynamische bzw. schlagartige Beanspruchungen aus eventuellen (Foreign Object Damage) FOD-Belastungen. Das Werkstoffverhalten unterscheidet sich bei hohen Verformungsgeschwindigkeiten von dem bei quasi-statischer Belastung. Während die Fließspannungen bzw. die Festigkeitskennwerte für die meisten Metalle mit steigender Verformungsgeschwindigkeit zunehmen, können die Verformungskennwerte bzw. die Energieaufnahmen der Werkstoffe entweder ansteigen oder zurückfallen. Durch die keramischen SiC-Fasern erhöhen sich die Steifigkeit und die Festigkeit des TMCs. Dabei stellt sich jedoch die Frage, in wie weit dadurch die Energieaufnahme bis zum Versagen beeinträchtigt wird, besonders bei schlagdynamischer Belastung.

Das Untersuchungsziel ist die Charakterisierung des Werkstoffverhaltens von TMCs bei unterschiedlichen Aufbauvarianten unter schlagdynamischer Biegebelastung.