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The presentation shows the results of high cycle fatigue (HCF) tests from the aluminium alloy EN AW-2618A. This study investigates the mean stress influence in the T61 condition and the effect of overaging. For this purpose, axial HCF tests were carried out at room temperature and different stress ratios (R=-1, R=0.1) as well as with overaged conditions (T61+10h@230°C, T61+1000h@230°C). After completion of the tests, the fracture surfaces were examined to study crack initiation.

Abgasturbolader tragen wesentlich zur Effizienzsteigerung moderner Verbrennungsmotoren bei. Die im Abgasturbolader eingesetzten Radialverdichterräder werden überwiegend aus der warmfesten ausscheidungsgehärteten Aluminiumlegierung EN AW-2618A hergestellt. Die Anforderungen an die Radialverdichterräder steigen und die Betriebszeiten verlängern sich. Für eine optimale Auslegung des Bauteils ist unter anderem die Kenntnis des Ermüdungsverhaltens dieser Legierung erforderlich. Es ist bekannt, dass sich die Mikrostruktur dieser Legierung während des Betriebs vergröbert und dadurch die Festigkeit abnimmt. Das niederzyklische Ermüdungsverhalten für den Ausgangszustand des Werkstoffs und Prüftemperaturen bis 190 °C ist bereits gut untersucht. Für das hochzyklische Ermüdungsverhalten, insbesondere für Prüftemperaturen über 190 °C, liegen jedoch nur wenige Ergebnisse vor. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, die Datenbasis hinsichtlich der hochzyklischen Ermüdungslebensdauer bei erhöhten Prüftemperatur zu vervollständigen und das Werkstoffverhalten sowie die Schädigungsmechanismen zu charakterisieren. Zu diesem Zweck wurden axiale Ermüdungsversuche an glatten Proben durchgeführt. Neben dem T61-Ausgangszustand für eine Basischarakterisierung wurden zwei überalterte Zustände, jeweils bei 230 °C für 10 h und 1000 h ausgelagert und anschließend geprüft, um den Einfluss der Überalterung auf die Ermüdungslebensdauer zu erfassen. Die Auslagerungstemperatur von 230 °C der überalterten Zustände liegt deutlich über der Aushärtungstemperatur von 195 °C des T61-Zustands, was zu Veränderungen der optimal eingestellten Mikrostruktur führt, die sich wiederum in den mechanischen Eigenschaften widerspiegeln. Mit der Überalterungszeit von 10 h wurde ein Zustand untersucht, der einem Härteniveau entspricht, der bei Bauteilrückläufern nach Langzeitbetrieb beobachtet wurde und mit der Überalterungszeit von 1000 h wurden die Werkstoffgrenzen ermittelt. Zusätzlich wurde mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) die Vergröberung der festigkeitssteigernden S-Phase untersucht. Der Einfluss der Prüftemperatur auf die Ermüdungslebensdauer wurde durch Versuche bei 230 °C untersucht. Die Ermüdungsversuche wurde durch fraktographische Untersuchungen ergänzt und ausgewählte Ermüdungsversuche wurden mit zerstörungsfreien Prüfmethoden begleitet, um die Schädigung mit zunehmender Zyklenzahl dazustellen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen eine kürzere Ermüdungslebensdauer für die längere Überalterungszeit bei gleicher Spannungsamplitude. Die Transmissionselektronenmikroskopie zeigt, dass der mittlere Radius der S-Phase nach einer Überalterungszeit von 10 h um den Faktor 2,3 und nach 1000 h um den Faktor 2,7 im Vergleich zum Ausgangszustand zunimmt. Eine Erhöhung der Prüftemperatur auf 230 °C führt bei gleicher Spannungsamplitude zu einer Verkürzung der Ermüdungslebensdauer im Vergleich zu Raumtemperatur. Die fraktographischen Untersuchungen zeigen, dass unabhängig vom Werkstoffzustand und der Prüftemperatur die Rissinitiierung überwiegend an der Probenoberfläche oder in der Nähe der Primärphasen erfolgt. Das Risswachstum mit zunehmender Zyklenzahl kann mit der Replika-Methode erfolgreich abgebildet werden. Die Abbildung des Risses in der noch nicht gebrochenen Probe ist auch mit der Computertomographie möglich.

Since the introduction of high-strength aluminum alloys understanding their fatigue behavior is of high interest for the structural integrity of engineering components, in this context, the alloy EN AW-2618A gains its high strength from both nanometer size precipitates and micrometer size primary phases. The latter phases are often identified as crack initiation sites. In this study, it uses a combination of synchrotron and laboratory-based X-ray computed tomography to image and quantify such primary phases and the fatigue cracks appearing in interrupted tests. Based on the gray-level differences in the synchrotron X-ray computed tomography scans, this study is able to distinguish low- and high-absorbing particles. The dominant (volume fraction >99%) high absorbing primary phase can be quantified in good agreement with results of Thermo-Calc calculations. To image the fatigue crack, laboratory X-ray computed tomography scans are performed at different tensile loads to open the crack. The results show that with an appropriate crack opening tensile load, the fatigue crack morphology can be reliably revealed. Based on these results, the influence of the primary phases on the fatigue crack initiation and propagation are discussed.

The video file contains data from a synchrotron computed tomography measurement of the primary phases of the Al-alloy EN AW-2618A in the T61 state. The volume fraction of the primary phases was determined.

The aluminum alloy EN AW-2618A is a high-strength, precipitation-hardened material developed for applications at elevated temperatures. In service, components such as radial compressor wheels and pistons are exposed to thermal conditions that cause microstructural overaging, leading to mechanical softening. With future exhaust gas turbochargers expected to operate at temperatures up to 230°C and with increasing demands for efficiency and compression ratio, reliable data on fatigue behavior under these conditions is essential but currently lacking. This study aims to close this gap by conducting fully reversed (R = −1) high-cycle fatigue (HCF) tests at room temperature and at 230°C on specimens in an overaged condition (1000 h at 230°C), simulating the degradation that occurs in service due to the coarsening of the strengthening S-phase. Additionally, the influence of test frequency on fatigue performance is investigated.