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Vorhersage der Lebensdauer und Dauerfestigkeit von Bauteilen aus hochfesten, durchhärtenden Stählen

gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) seit 2001
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Günther Löwisch

   Prediction of lifetime and endurance limit of components of hard steels
In this project we investigate the influence of non-metallic inclusions and of surface defects on the endurance limit and the lifetime of components under complex multiaxial loading. Experimental results will be compared with the prediction by a weakest link model using the statistical distribution of defects and the local loading conditions.

   Die Langzeitermüdungserscheinungen in hochfesten, gehärteten Stählen lokalisieren sich auf die im Zusammenhang mit den örtlichen Beanspruchungen gefährlichste Fehlstelle, an welcher ein Ermüdungsriß gebildet wird, der sehr schnell wächst und zum Bruch führt. Eine Beobachtung von Ermüdungsvorgängen während der Belastung ist aufgrund der Lokalisierung der Schädigung, der langen Inkubationszeit bis zum Auftreten eines nachweisbaren Ermüdungsrisses und der sehr progressiven Rißausbreitungsgeschwindigkeit kaum möglich.

Ausgangspunkt des Ermüdungsrisses ist bei Torsionsbeanspruchung, bei gekerbten Proben und bei hohen Beanspruchungsamplituden auch bei glatten Zug-Druck-beanspruchten Proben die Oberfläche. Bei mittleren und niedrigen Beanspruchungsamplituden geht bei Zug-Druck-Belastung und bei kombinierter Zug-Druck- und Torsionsbelastung das Versagen meist von einem nichtmetallischen Einschluß im Werkstoffvolumen aus. Dieses durch Fehlstellen an der Oberfläche und im Volumen induzierte Versagen soll durch ein Fehlstellenmodell beschrieben werden.

Auffällig ist besonders das Verhalten bei kombinierter Beanspruchung. Während bei einem proportionalen Verlauf der Zug-Druck- und Torsionsbelastung das Versagen von der Ebene der größten Normalspannung ausgeht, liegt die Anrißebene bei einer um eine viertel Periode zeitversetzten Beanspruchung in unterschiedlichsten Raumrichtungen. Ausgangspunkt ist bei glatten Proben immer ein titanhaltiger Einschluß. Die phasenverschobene Beanspruchung ist gegenüber der proportionalen schädlicher.

Zur Beschreibung der Lebensdauer der Proben wird zur Zeit ein Rißfortschrittsmodell entwickelt, welches das Mikrorißwachstum von einem an einem Einschluß entstandenen Riß bis zum Beginn des Langrißwachstums, das bei diesem hochfesten Stahl als vernachlässigbar kurz angesehen wird, beschreibt.