Gerhard Biallas

In-situ observations of high cycle fatigue mechanisms in cast AM60B magnesium in vacuum and water vapor environments

Abstract We present in situ scanning electron microscopy (SEM) observations regarding the formation and propagation of small fatigue cracks in cast AM60B magnesium. Using an environmental SEM, observations were made in vacuum and in the presence of water vapor at 20 Torr. In the vacuum environment, fatigue cracks in the magnesium formed preferentially at pores, sometimes precluded by observable cyclic slip accumulation. At higher cycle numbers in the vacuum environment, additional cracks were discovered to initiate at persistent slip bands within relatively large magnesium dendrite cells. The propagation behavior of small fatigue cracks (a 6–10 dendrite cells) was found to be Mode I-dominated in both environments.

Microstructure and Mechanical Properties of the Aluminium Alloy 6056 Welded by Friction Stir Welding Techniques

Results of a comparative study carried by conventional and bobbin-tool Friction Stir Welding (FSW) technologies are presented. Aluminium sheets of AA6056 (Al-Mg-Si-Cu alloy), were welded by the standard FSW and bobbin tool techniques. Mechanical and microstructural characteristics were determined for three different thermal treatments, T4, T6, and T78, in two starting conditions of the material, namely as-welded and post-welded. The analysis of results is based on the influence of the welding technology as well as the initial temper selected prior to welding on the residual performances of the weld. The study is mostly focused on T78 tempers.

Role of Residual Stresses on Fatigue Crack Propagation of FSW 6056-T78 Aluminium Joints under Various Technologies

Residual stress fields may be rather frequently observed in several mechanical and structural parts, usually as a result of the manufacturing and joining techniques adopted. Their effects on material performances can be quite different, going from highly detrimental to beneficial, according to their distribution and to the acting material damage mechanisms (fatigue fracture, brittle or ductile failure, corrosion,…). Residual stresses are produced in welded structures by thermal expansion, plastic deformation and shrinkage during cooling. The amount of constraints determines the level of residual stress. Friction Stir Welding (FSW) is a quite new joining technique particularly for aluminium alloys difficult to fusion weld. Since conventional FSW showed its limits, Bobbin Tool technology has been developed. These both types of welds produce low-distortion of high quality (even no postweld distortion) and relevant residual stresses. The residual stresses of the aerospace material 6056-T78 aluminium alloy Friction Stir Welded sheets have been analysed on various tempers in accordance with these two different technologies. The effects have been investigated parallel and orthogonal to the weld direction. By means of local or global heat treatments, the residual stress state can be generally reduced or changed from tensile to compressive stresses on surface; in that way, the different heat aging conditions T78 as-welded and post-welded are checked in this study. This paper presents the method used, the measurements of this fatigue damage and their consequences on the fatigue life performance of structural materials.

Schwellenwerte für Ermüdungs- rissausbreitung in FSW-Nähten Analytische Beschreibung unter Berücksichtigung des Einflusses von Eigenspannungen

Kurzfassung Fur den Beitrag wurden FSW-Stumpfstose aus AA2024 und AA6013 analysiert. Die Eigenspannungen wurden mittels der Cut-Compliance- Methode in Form von an der Rissspitze wirkenden Spannungsintensitatsfaktoren Krs erfasst, die direkt mit lastbedingten Spannungsintensitatsfaktoren uberlagert werden konnen. Die Schwellenwerte der Schwingbreite des Spannungsintensitatsfaktors ΔKth wurden fur kleine Lastverhaltnisse R mit konstantem R-Wert, fur grose Lastverhaltnisse dagegen mit konstantem Kmax-Wert ermittelt. Die konventionelle Auftragung der Schwellenwerte uber dem Lastverhaltnis lasst fur geschweiste Proben bei kleinen R-Werten deutlich grosere Schwellenwerte als fur den Grundwerkstoff erkennen. Die Auftragung nach dem 2-Parameter-Konzept verdeutlicht, dass der bei hohen Kmax-Werten ermittelte effektive Schwellenwert ΔKth,eff werkstoff- und zustandsunabhangig ist. Die Unterschiede werden somit ausschlieslich vom zweiten Schwellenwert Kmax,th verursacht, der fur FSW-Verbindungen deutlich groser als fur den Grundwerkstoff ist. Dieser Unterschied kann den beim Schweisen eingebrachten Druckeigenspannungen zugeordnet werden. Basierend auf der analytischen Beschreibung des Schwellenwertverhaltens in einer fruheren Veroffentlichung [1] wird gezeigt, dass bei bekanntem Verhalten eines geeigneten Grundwerkstoffs zusatzlich nur ein charakteristischer Krs-Wert benotigt wird, wenn das Schwellenwertverhaltens einer FSW-Verbindung beschrieben werden soll.

Ausbreitungsverhalten kurzer Risse in Magnesiumwerkstoffen: In-situ-Untersuchungen zum Risswachstum in der Magnesiumdruckgusslegierung AM60B1

Kurzfassung In der Magnesiumdruckgusslegierung AM60B sind kurze Risse bei Spannungsintensitäten unterhalb des Schwellenwertes für lange Risse und teilweise sogar unterhalb des effektiven Schwellenwertes ausbreitungsfähig. Wechselwirkungen zwischen Mikrostruktur und Ausbreitungsverhalten wurden auch noch bei Rissen einer Größe von mehr als 0,4 mm beobachtet. Im Bereich der Dendritengrenzen, die aus aluminiumreicherer α-Phase und der β-Phase Al12Mg17 bestehen, und in der Umgebung intermetallischer Phasen vom Typ AlMnSi wurde auch das Wachstum von Rissen dieser Größenordnung noch verlangsamt und teilweise sogar gestoppt. Bei vergleichbaren Rissgrößen und Spannungsintensitäten waren die mittleren Wachstumsraten deutlich größer als in Aluminiumdruckguss.