Untersuchung des Frequenzeinflusses auf das Ermüdungsverhalten des Magnesiumblechwerkstoffs AZ31

Magnesiumwerkstoffe rücken aufgrund ihres enormen Leichtbaupotentials seit einiger Zeit wieder verstärkt in den Fokus des Mobilitätssektors. Um den hier auftretenden Beanspruchungen, vor allem der hochzyklischen Wechselbelastung, gerecht zu werden, sind Ermüdungsuntersuchungen bis weit in den Very-High-Cycle Fatigue (VHCF) Bereich notwendig. Zur experimentellen Charakterisierung dieses Lebensdauerbereichs hat sich die hochfrequente Ultraschallermüdungsprüftechnik etabliert. Um deren zuverlässige Anwendbarkeit garantieren zu können, muss ein Einfluss der sehr hohen Prüffrequenz auf die ermittelte Ermüdungsfestigkeit genau untersucht werden. In dieser Arbeit werden vergleichend Ermüdungsuntersuchungen bei 75 Hz und 20 kHz bis hin zu 5x108 Lastwechseln vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen einen Frequenzeinfluss, der eine erhöhte Lebensdauer bei einer Belastung mit 20 kHz zur Folge hat. Als Ursache werden unterschiedliche, für die Rissinitiierung ursächliche Verformungsmechanismen identifiziert. Bei niedrigen Frequenzen beruht die Anrissbildung vor allem auf der Bildung von Gleitbändern, wohingegen bei 20 kHz die Zwillingsbildung an Bedeutung gewinnt.

Recently, Magnesium alloys are again moving into the focus of the mobility sector due to their enormous lightweight construction potential. To account for the loads arising here, fatigue tests well into the VHCF range are of particular importance. High frequency ultrasonic fatigue testing has become an established test strategy. To guarantee its reliable applicability, the influence of the very high test frequency on the determined fatigue strength must be investigated in detail. This paper presents comparative fatigue tests at 75 Hz and 20 kHz up to 5∙108 load cycles. The results show a frequency effect resulting in increased fatigue life at a load frequency of 20 kHz. Different deformation mechanisms that are responsible for crack initiation are identified. At low frequencies, crack initiation is mainly caused by the formation of slip bands, whereas at 20 kHz twinning becomes more important.