TY - THES

T1 - Einflüsse auf die Schwingfestigkeit eines hochfesten Stahls bei Schwingspielzahlen größer 1E7

AU - Seisenbacher, Benjamin

N1 - gesperrt bis 09-09-2021

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Um den ökologischen und wirtschaftlichen Anforderungen in einem globalisierten Umfeld gerecht zu werden, ist es unumgänglich die Effizienz der Anlagen und Maschinen weiter zu verbessern. Aus dieser Notwendigkeit heraus, ist es notwendig die Lebensdauer von zyklisch hoch belasteten Bauteilen weiter voranzutreiben. Um dies realisieren zu können, ist es unabkömmlich Kenntnis, über das Lebensdau- erverhalten von Werkstoffen bei hohen zyklischen Belastungen zu erlangen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Werkstoffverhalten von einem hochfesten martensitisch aushärtbarem Stahl bei Schwingspielzahlen über 10^7 Zyklen. Zur Charakterisierung der Zeit- und Dauerfestigkeit sowie zur Bestimmung des Mittelspannungseinflusses und des Größeneinflusses wurden dynamische Versuche mit Prüfdurchmessern von D4 = 4 mm und D7,5 = 7 , 5 mm sowie bei Spannungsverhältnissen von R = −1 und R = 0 durchgeführt. Die statistische Auswertung der Versuchsdaten erfolgt anhand eines programmierten Auswertetools. Bei der Auswertung im Zeitfestigkeitsbereich steht sowohl eine Normal- wie auch eine Weibullverteilung zur Auswahl. Die Auswertung im Dauerfestigkeitsbereich erfolgt mittels einer arcsin√P Transformation. Die Auswertungen bei einem Prüfdurchmesser D4 zeigen, dass es bei einem Spannungsverhältnis von R = 0 zu einer Reduktion der Ermüdungsfestigkeit um 18% gegenüber der Ermüdungsfestigkeit bei einem Spannungsverhältnis von R = − 1 kommt. Die Ermüdungsfestigkeit weist bei einem Spannungsverhältnis von R = − 1 und einem Prüfdurchmesser von D7,5 einen um 4% geringeren Wert auf als bei einem Prüfdurchmesser von D4. Wie die Prüfergebnisse zeigen, kommt es zu Brüchen bei einer Beanspruchung σa ≤ σD und Zyklenzahlen N > 10^7. Durch eine umfangreiche Bruchflächenanalyse konnte ein Wechsel des Bruchmechanismus bei hohen Zyklenzahlen festgestellt werden. Dabei verlagert sich der Anriss von der Oberfläche ins Innere der Probe. Um die in Versuchen ermittelten Daten in kommerziellen Lebensdauer-Analysesoftwares integrieren zu können, ist es notwendig zu wissen, wie diese von den Simulationsprogrammen verarbeitet werden. Daher wurden die Simulationsprogramme FEMFAT® und fe-safe® , hinsichtlich der Berücksichtigung diverser Einflussfaktoren miteinander verglichen. Im Zuge dieser Arbeit wurde der Einfluss der Mittelspannung und der Einfluss der Größe der Probe auf das Dauerfestigkeitsverhalten von einem martensitischen aushärtbarem Stahl untersucht sowie deren Anwendbarkeit in kommerziellen Lebensdauerberechnungsprogrammen dargestellt.

AB - Um den ökologischen und wirtschaftlichen Anforderungen in einem globalisierten Umfeld gerecht zu werden, ist es unumgänglich die Effizienz der Anlagen und Maschinen weiter zu verbessern. Aus dieser Notwendigkeit heraus, ist es notwendig die Lebensdauer von zyklisch hoch belasteten Bauteilen weiter voranzutreiben. Um dies realisieren zu können, ist es unabkömmlich Kenntnis, über das Lebensdau- erverhalten von Werkstoffen bei hohen zyklischen Belastungen zu erlangen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Werkstoffverhalten von einem hochfesten martensitisch aushärtbarem Stahl bei Schwingspielzahlen über 10^7 Zyklen. Zur Charakterisierung der Zeit- und Dauerfestigkeit sowie zur Bestimmung des Mittelspannungseinflusses und des Größeneinflusses wurden dynamische Versuche mit Prüfdurchmessern von D4 = 4 mm und D7,5 = 7 , 5 mm sowie bei Spannungsverhältnissen von R = −1 und R = 0 durchgeführt. Die statistische Auswertung der Versuchsdaten erfolgt anhand eines programmierten Auswertetools. Bei der Auswertung im Zeitfestigkeitsbereich steht sowohl eine Normal- wie auch eine Weibullverteilung zur Auswahl. Die Auswertung im Dauerfestigkeitsbereich erfolgt mittels einer arcsin√P Transformation. Die Auswertungen bei einem Prüfdurchmesser D4 zeigen, dass es bei einem Spannungsverhältnis von R = 0 zu einer Reduktion der Ermüdungsfestigkeit um 18% gegenüber der Ermüdungsfestigkeit bei einem Spannungsverhältnis von R = − 1 kommt. Die Ermüdungsfestigkeit weist bei einem Spannungsverhältnis von R = − 1 und einem Prüfdurchmesser von D7,5 einen um 4% geringeren Wert auf als bei einem Prüfdurchmesser von D4. Wie die Prüfergebnisse zeigen, kommt es zu Brüchen bei einer Beanspruchung σa ≤ σD und Zyklenzahlen N > 10^7. Durch eine umfangreiche Bruchflächenanalyse konnte ein Wechsel des Bruchmechanismus bei hohen Zyklenzahlen festgestellt werden. Dabei verlagert sich der Anriss von der Oberfläche ins Innere der Probe. Um die in Versuchen ermittelten Daten in kommerziellen Lebensdauer-Analysesoftwares integrieren zu können, ist es notwendig zu wissen, wie diese von den Simulationsprogrammen verarbeitet werden. Daher wurden die Simulationsprogramme FEMFAT® und fe-safe® , hinsichtlich der Berücksichtigung diverser Einflussfaktoren miteinander verglichen. Im Zuge dieser Arbeit wurde der Einfluss der Mittelspannung und der Einfluss der Größe der Probe auf das Dauerfestigkeitsverhalten von einem martensitischen aushärtbarem Stahl untersucht sowie deren Anwendbarkeit in kommerziellen Lebensdauerberechnungsprogrammen dargestellt.

KW - Fatigue crack initiation

KW - Low-cycle fatigue

KW - High-cycle fatigue

KW - Ultra-High-cycle fatigue

KW - fatigue lives

KW - fatigue Limit

KW - Fractography

KW - Position der Anrisse

KW - Low-cycle fatigue

KW - High-cycle fatigue

KW - Ultra-High-cycle fatigue

KW - Ermüdungsfestigkeit

KW - Bruchflächenanalyse

M3 - Masterarbeit

ER -