TY - BOOK

T1 - Konzept einer Lebensdauerbewertung für dünnwandige Bauteile unter Berücksichtigung der Mikrostruktur

AU - Milosevic, Igor

N1 - nicht gesperrt

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Immer höher werdende Anforderungen an die Lebensdauer von Maschinen und Bauteilen erfordern die Erreichung immer höherer Lastwechsel bei gleichbleibender Performance. Die Werkstoffermüdung ist ein kontinuierlicher Prozess ausgehend von äußeren und inneren Imperfektionen. Anwendungsorientierte Ermüdungsfestigkeitsergebnisse und die Erfassung unterschiedlicher Einflüsse stehen bei vielen Untersuchungen im Vordergrund. Im ersten Teil dieser Arbeit (Publikation A, Publikation B) wird die analytische und numerische Modellierung einer neuartigen hochfrequenten Prüftechnik dargelegt. Durch den vorgeschlagenen Aufbau und Betrieb der Prüftechnik stehen Beschleunigung der freien Masse und die induzierten Spannungen in einem linearen Verhältnis. Der aktuelle Prüfaufbau ermöglicht hochfrequente Ermüdungsprüfungen bis 10 9 Lastwechsel bei 930 ± 5Hz bzw. 928 ± 8Hz und einer konstanten Prüfkörpertemperatur von T = 33 ± 0,5◦C. Somit sind Ermüdungsprüfungen bis 10^9 Lastwechsel innerhalb von 12,8 Tagen möglich. Die Validierung (Publikation B) der Prüftechnik bei hochfrequenten 928 ± 8Hz wurde unter anderem mit einem martensitaushärtenden X5CrNiCuNb16-4 Stahl (Bezeichnung: M-B) durchgeführt. Hochfrequente Ermüdungsergebnisse wurden mit Schwingungsversuchen bei niederfrequenten 30Hz (servohydraulisch) abgeglichen. Ergebnisse bei 928 ± 8Hz zeigen einen überproportionalen Anstieg der Ermüdungsfestigkeit im Bereich der Zeitfestigkeit. Eine ausgeprägte Neigung zu interner Rissinitiierung an nichtmetallischen Einschlüssen in einem sehr großen Streubereich von 10 6 - 10 9 Lastwechsel kann beobachtet werden. Eine Defektanalyse (Publikation C) bestätigt interne Rissinitieriung (fish-eye) an ausschließlich Al2O3 Verbindungen. Ausgewertete Analysen für Prüfdurchmesser D = 4mm bzw. D = 7,5mm zeigen mittlere Defektgrößen ( √ area) von 28,98µm bzw. 10,98µm. Versuche bei T = 350 ◦ C (D = 7,5mm) bestätigen eine interne Rissinitiierung, jedoch handelt es sich um gleitbandinduzierte Rissinitiierung. Eine Lebensdauerabschätzung (Publikation D) wird aufgrund der hohen Streuung der Ergebnisse zwischen 10^6 - 10^9 durch eine mehrstufige Wöhlerlinie abgebildet. Kleinere beanspruchte Volumen werden bezüglich ihrer Lebensdauer unterschätzt. Simulationen (Publikation E bzw. Publikation F) in Abhängigkeit der Probengröße und des Spannungsgradienten zeigen, dass ein entsprechendes Werkstoffverhalten durch Umlaufbiegeversuche abgebildet wird und die Modifikation der Wöhlerparameter mit Experimenten korreliert. Die berechnete Lebensdauer ist durch die Anwendung des Gradientenkonzeptes weniger konservativ.

AB - Immer höher werdende Anforderungen an die Lebensdauer von Maschinen und Bauteilen erfordern die Erreichung immer höherer Lastwechsel bei gleichbleibender Performance. Die Werkstoffermüdung ist ein kontinuierlicher Prozess ausgehend von äußeren und inneren Imperfektionen. Anwendungsorientierte Ermüdungsfestigkeitsergebnisse und die Erfassung unterschiedlicher Einflüsse stehen bei vielen Untersuchungen im Vordergrund. Im ersten Teil dieser Arbeit (Publikation A, Publikation B) wird die analytische und numerische Modellierung einer neuartigen hochfrequenten Prüftechnik dargelegt. Durch den vorgeschlagenen Aufbau und Betrieb der Prüftechnik stehen Beschleunigung der freien Masse und die induzierten Spannungen in einem linearen Verhältnis. Der aktuelle Prüfaufbau ermöglicht hochfrequente Ermüdungsprüfungen bis 10 9 Lastwechsel bei 930 ± 5Hz bzw. 928 ± 8Hz und einer konstanten Prüfkörpertemperatur von T = 33 ± 0,5◦C. Somit sind Ermüdungsprüfungen bis 10^9 Lastwechsel innerhalb von 12,8 Tagen möglich. Die Validierung (Publikation B) der Prüftechnik bei hochfrequenten 928 ± 8Hz wurde unter anderem mit einem martensitaushärtenden X5CrNiCuNb16-4 Stahl (Bezeichnung: M-B) durchgeführt. Hochfrequente Ermüdungsergebnisse wurden mit Schwingungsversuchen bei niederfrequenten 30Hz (servohydraulisch) abgeglichen. Ergebnisse bei 928 ± 8Hz zeigen einen überproportionalen Anstieg der Ermüdungsfestigkeit im Bereich der Zeitfestigkeit. Eine ausgeprägte Neigung zu interner Rissinitiierung an nichtmetallischen Einschlüssen in einem sehr großen Streubereich von 10 6 - 10 9 Lastwechsel kann beobachtet werden. Eine Defektanalyse (Publikation C) bestätigt interne Rissinitieriung (fish-eye) an ausschließlich Al2O3 Verbindungen. Ausgewertete Analysen für Prüfdurchmesser D = 4mm bzw. D = 7,5mm zeigen mittlere Defektgrößen ( √ area) von 28,98µm bzw. 10,98µm. Versuche bei T = 350 ◦ C (D = 7,5mm) bestätigen eine interne Rissinitiierung, jedoch handelt es sich um gleitbandinduzierte Rissinitiierung. Eine Lebensdauerabschätzung (Publikation D) wird aufgrund der hohen Streuung der Ergebnisse zwischen 10^6 - 10^9 durch eine mehrstufige Wöhlerlinie abgebildet. Kleinere beanspruchte Volumen werden bezüglich ihrer Lebensdauer unterschätzt. Simulationen (Publikation E bzw. Publikation F) in Abhängigkeit der Probengröße und des Spannungsgradienten zeigen, dass ein entsprechendes Werkstoffverhalten durch Umlaufbiegeversuche abgebildet wird und die Modifikation der Wöhlerparameter mit Experimenten korreliert. Die berechnete Lebensdauer ist durch die Anwendung des Gradientenkonzeptes weniger konservativ.

KW - VHCF

KW - Ermüdung

KW - Mikrostruktur

KW - fish-eye

KW - VHCF

KW - Fatigue

KW - fish-eye

M3 - Dissertation

ER -