Charakterisierung spanlos gefertigter Innengewinde in Aluminium- und Magnesium-Leichtbauwerkstoffen

Philipp Wittke charakterisiert spanlos gefertigte Innengewinde aus den Aluminium- und Magnesiumlegierungen AlSi10Mg, AZ31 und AZ91. Neben der Entwicklung einer zerstörungsfreien Methode zur Beurteilung der Gewindequalität werden vom Autor grundlagenorientierte Untersuchungen durchgeführt, um den Einfluss von Prozessparametervariationen während der Gewindefertigung auf die Mikrostrukturen und somit auf die quasistatischen und zyklischen Eigenschaften der Innengewinde zu ermitteln. In diesem Zuge werden Strategien zur Abkürzung der Versuchszeiten für zyklische Untersuchungen entwickelt, bei denen mittels anwendungsoptimierter Sensorik charakteristische Kennwerte zur Lebensdauervorhersage ermittelt werden. **Der Autor:****Philipp Wittke** arbeitete als wissenschaftlich Beschäftigter am Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) der Technischen Universität Dortmund und schloss dort seine Promotion mit dem Fokus auf die zeiteffiziente Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften neuartiger Gewindeverbindungen in Kooperation mit dem Institut für Spanende Fertigung (ISF) der Technischen Universität Dortmund ab. Geleitwort 6 Vorwort 7 Kurzfassung 8 Abstract 10 Inhaltsverzeichnis 12 Abkürzungsverzeichnis 15 Formelzeichenverzeichnis 17 Lateinische Symbole 17 Griechische Symbole 20 1 Einleitung 22 2 Stand der Technik 25 2.1 Aluminiumlegierungen 25 2.1.1 Aluminium-Silizium-Gusslegierungen 26 2.1.2 Einsatzgebiete 29 2.2 Magnesiumlegierungen 29 2.2.1 Magnesium-Aluminium-Zink-Guss- und -Knetlegierungen 32 2.2.2 Einsatzgebiete 35 2.3 Dynamische Reckalterung 36 2.4 Dehnratenempfindlichkeit 38 2.5 Gewindefertigung 39 2.5.1 Fließbohren 40 2.5.2 Gewindeformen 44 2.5.3 Einschraubtiefe 47 2.6 Ermüdungsverhalten metallischer Werkstoffe 49 2.6.1 Verformungsverhalten und Auswertemethoden 51 2.6.2 Rissinitiierung und Rissfortschritt 58 2.7 Ermüdungseigenschaften von Gewindeverbindungen 61 3 Versuchswerkstoffe 67 3.1 Ausgangswerkstoffe 67 3.2 Probenentnahme 70 3.3 Probenfertigung 73 4 Experimentelle Verfahren 76 4.1 Zugversuche an Rundproben 76 4.1.1 Zugversuche bei Raumtemperatur 77 4.1.2 Zugversuche bei erhöhter Temperatur 77 4.2 Zugversuche an Gewindestangen 78 4.3 Zugversuche an Gewindeproben 78 4.3.1 Zugversuche bei Raumtemperatur 79 4.3.2 Zugversuche bei erhöhter Temperatur 80 4.3.3 Zugversuche im CT-Belastungsmodul 80 4.4 Ermüdungsversuche an Gewindeproben 83 4.5 Makroskopische Untersuchungen 85 4.6 Metallografische Untersuchungen 85 4.6.1 Probenpräparation 85 4.6.2 Lichtmikroskopie 87 4.6.3 Rasterelektronenmikroskopie 88 4.6.4 Härteprüfung 88 4.7 Computertomografische Untersuchungen 89 5 Ergebnisse 91 5.1 Gewindequalität und Mikrostruktur im Ausgangszustand 91 5.2 Quasistatische Eigenschaften 108 5.2.1 Einfluss der Prüftemperatur 108 5.2.2 Einfluss der Wandstärke 115 5.2.3 Einfluss der Einschraublänge 117 5.2.4 Einfluss der Regelungsart und des Prüfsystems 121 5.2.5 Verformungs- und Bruchverhalten 124 5.3 Ermüdungseigenschaften 133 5.3.1 Lebensdauerorientierte Untersuchungen 134 5.3.2 Vorgangsorientierte Untersuchungen 139 5.3.3 Verfestigungsverhalten 155 5.3.4 Rissinitiierungs- und Rissfortschrittsverhalten 162 5.3.5 Bruchverhalten 172 6 Zusammenfassung und Ausblick 182 Literaturverzeichnis 188 Anhang 202 Curriculum Vitae 205 Persönliche Angaben 205 Akademische Ausbildung 205 Beruflicher Werdegang 205 Erschienene Bände 206 Philipp Wittke charakterisiert spanlos gefertigte Innengewinde aus den Aluminium- und Magnesiumlegierungen AlSi10Mg, AZ31 und AZ91. Neben der Entwicklung einer zerstörungsfreien Methode zur Beurteilung der Gewindequalität werden vom Autor grundlagenorientierte Untersuchungen durchgeführt, um den Einfluss von Prozessparametervariationen während der Gewindefertigung auf die Mikrostrukturen und somit auf die quasistatischen und zyklischen Eigenschaften der Innengewinde zu ermitteln. In diesem Zuge werden Strategien zur Abkürzung der Versuchszeiten für zyklische Untersuchungen entwickelt, bei denen mittels anwendungsoptimierter Sensorik charakteristische Kennwerte zur Lebensdauervorhersage ermittelt werden. Der Autor: Philipp Wittke arbeitete als wissenschaftlich Beschäftigter am Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) der Technischen Universität Dortmund und schloss dort seine Promotion mit dem Fokus auf die zeiteffiziente Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften neuartiger Gewindeverbindungen in Kooperation mit dem Institut für Spanende Fertigung (ISF) der Technischen Universität Dortmund ab. Front Matter ....Pages I-XXIII Einleitung (Philipp Wittke)....Pages 1-3 Stand der Technik (Philipp Wittke)....Pages 5-46 Versuchswerkstoffe (Philipp Wittke)....Pages 47-55 Experimentelle Verfahren (Philipp Wittke)....Pages 57-71 Ergebnisse (Philipp Wittke)....Pages 73-163 Zusammenfassung und Ausblick (Philipp Wittke)....Pages 165-170 Back Matter ....Pages 171-191