Diese Arbeit untersucht den Einfluss oberflächennaher Spannungsgradienten auf das VHCF-Verhalten eines höchstfesten Vergütungsstahls. Der Werkstoff 42CrMo4 wird unter rein wechselnder Zug-Druck-Beanspruchung bis zur Lastspielzahl von ? = 10^9 getestet. Die Variation der oberflächennahen Spannungsgradienten wird über umlaufende Rundkerben mit unterschiedlichen Kerbfaktoren und durch zwei mechanische Strahlverfahren erreicht. Ausgehend von glatten Proben wird die Spannungsüberhöhung an der Oberfläche durch Kerben mit ?_k = 1, 23 und ?_k = 1, 41 bis auf den Kerbfaktor ?_k = 1, 94 erhöht. Durch mechanische Strahlverfahren, einem konventionellen Makrostrahlverfahren und einem Mikrostrahlverfahren, werden Druckeigenspannungen in den oberflächennahen Bereichen der Proben erzeugt. Im Gegensatz zum Makrostrahlverfahren weist das Mikrostrahlverfahren sehr hohe Druckeigenspannungsbeträge auf, die jedoch nur geringe Eindringtiefen erreichen. Während Kerben den Ort des Ermüdungsversagens an der Oberfläche konzentrieren, bewirken Druckeigenspannungen eine Verlagerung des Rissinitiierungsortes unter die Oberfläche, weshalb auch die Kombination von Kerben und Strahlverfahren getestet wird. Es werden typische Bruchflächenmerkmale wie Fine Granular Area (FGA) und Fisheye beobachtet. Ebenso können gängige bruchmechanische Konzepte, wie das √area-Konzept von Murakami und Endo erfolgreich angewendet werden. Es wird eine Arbeitshypothese formuliert, nach der Zugeigenspannungen die Lebensdauer im VHCF-Bereich erhöhen. Durch eine verminderte Energiefreisetzungsrate am nichtmetallischen Einschluss werden mehr Belastungszyklen benötigt um eine FGA vollständig zu bilden und Langrisswachstum auszulösen. Versuche belegen die Hypothese und liefern ein physikalisches Prozessmodell.
Aktualisiert: 2020-01-17
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Eine Vielzahl von technischen Systemen und Anlagen sind für sehr lange Betriebszeiten ausgelegt, wie beispielsweise Windkraftanlagen und Hochgeschwindigkeitszüge, oder weisen hohe Belastungsfrequenzen auf, wie z.B. Helikopterrotoren oder Kraftwerksturbinen. Daraus ergibt sich eine sehr hohe Anzahl (N > 107) von Belastungszyklen für einzelne Bauteile dieser Systeme. Auch bei derart hohen Lastwechselzahlen ist zu gewährleisten, dass es während der Einsatzzeit zu keinem Versagen sicherheitsrelevanter Bauteile kommt und Schäden an Mensch und Umwelt vermieden werden.
Im Bereich sehr hoher Lastwechselzahlen können auch Schwingungsamplituden unterhalb der Dauerfestigkeit zur Schädigung beitragen und damit bei vermeintlich dauerfester Auslegung zum Versagen des Bauteils führen. Deshalb sollte insbesondere der Einfluss von Betriebslasten im Bereich sehr hoher Lastwechselzahlen bei der Auslegung von Bauteilen in den Fokus rücken.
In dieser Arbeit wurden Untersuchungen an dem vergüteten Stahl 34CrNiMo6 im Bereich sehr hoher Lastwechselzahlen (VHCF) durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war es, sowohl Erkenntnisse über den Einfluss variabler Amplitudenbelastungen auf die Phase der Rissinitiierung und des Rissfortschritts zu erlangen, als auch die Validität bestehender Lebensdauerkonzepte für den VHCF-Bereich zu überprüfen und ggf. bestehende Konzepte zu erweitern oder zu modifizieren.
Aktualisiert: 2018-07-31
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