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About the Role of Interfaces on the Fatigue Crack Propagation in Laminated Metallic Composites

  • The influence of gradients in hardness and elastic properties at interfaces of dissimilar materials in laminated metallic composites (LMCs) on fatigue crack propagation is investigated experimentally for three different LMC systems: Al/Al-LMCs with dissimilar yield stress and Al/Steel-LMCs as well as Al/Ti/Steel-LMCs with dissimilar yield stress and Young’s modulus, respectively. The damage tolerant fatigue behavior in Al/Al-LMCs with an alternating layer structure is enhanced significantly compared to constituent monolithic materials. The prevalent toughening mechanisms at the interfaces are identified by microscopical methods and synchrotron X-ray computed tomography. For the soft/hard transition, crack deflection mechanisms at the vicinity of the interface are observed, whereas crack bifurcation mechanisms can be seen for the hard/soft transition. The crack propagation in Al/Steel-LMCs was studied conducting in-situ scanning electron microscope (SEM) experiments in the respectiveThe influence of gradients in hardness and elastic properties at interfaces of dissimilar materials in laminated metallic composites (LMCs) on fatigue crack propagation is investigated experimentally for three different LMC systems: Al/Al-LMCs with dissimilar yield stress and Al/Steel-LMCs as well as Al/Ti/Steel-LMCs with dissimilar yield stress and Young’s modulus, respectively. The damage tolerant fatigue behavior in Al/Al-LMCs with an alternating layer structure is enhanced significantly compared to constituent monolithic materials. The prevalent toughening mechanisms at the interfaces are identified by microscopical methods and synchrotron X-ray computed tomography. For the soft/hard transition, crack deflection mechanisms at the vicinity of the interface are observed, whereas crack bifurcation mechanisms can be seen for the hard/soft transition. The crack propagation in Al/Steel-LMCs was studied conducting in-situ scanning electron microscope (SEM) experiments in the respective low cycle fatigue (LCF) and high cycle fatigue (HCF) regimes of the laminate. The enhanced resistance against crack propagation in the LCF regime is attributed to the prevalent stress redistribution, crack deflection, and crack bridging mechanisms. The fatigue properties of different Al/Ti/Steel-LMC systems show the potential of LMCs in terms of an appropriate selection of constituents in combination with an optimized architecture. The results are also discussed under the aspect of tailored lightweight applications subjected to cyclic loading.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:P. Pohl, F. Kümmel, C. Schunk, Itziar Serrano MunozORCiD, Henning MarkötterORCiD, M. Göken, H. W. Höppel
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Materials
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.5 Röntgenbildgebung
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI
Jahrgang/Band:14
Ausgabe/Heft:10
Erste Seite:2564
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Fatigue crack growth; Fatigue crack propagation; Interfaces; Laminated metallic composites; Toughening mechanisms
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Degradation von Werkstoffen
DOI:10.3390/ma14102564
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-526531
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:17.05.2021
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:07.06.2021
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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