Ermüdung und Dauerfestigkeit

Ermüdung und Dauerfestigkeit:

Einfluss der Werkstoffauswahl und

des Gefüges

Marcel Fröhlich Sebastian Laske

Ermüdung und Dauerfestigkeit

1) Definition

2) Graphische Darstellung (Wöhlerdiagramm)

3) Einflußfaktoren und Maßnahmen zur Steigerung der

Schwingfestigkeit

4) Prüfmechanismen

Ermüdung und Dauerfestigkeit

Ermüdung

● Durch Einwirkung von sich zeitlich verändernder und sich

wiederholender (schwingender) mechanischer Beanspruchung

hervorgerufen

● Werkstoffschädigender Prozess, der mit fortlaufender Zeit zum

Ermüdungsbruch führt

● Tritt auch bei unkritischen Belastungen unterhalb der Zugfestigkeit

oder Streckgrenze auf

Ermüdung und Dauerfestigkeit

Ermüdung und Dauerfestigkeit

Ermüdung und Dauerfestigkeit

Ermüdung und Dauerfestigkeit

2. Graphische Darstellung (Wöhlerkurve)

Ermüdung und Dauerfestigkeit

2. Graphische Darstellung (Wöhlerkurve)

Ermüdung und Dauerfestigkeit

2. Graphische Darstellung (Wöhlerkurve)

Ermüdung und Dauerfestigkeit

2. Graphische Darstellung (Wöhlerkurve)

Ermüdung und Dauerfestigkeit

● Ermüdungsschädigung:

● Zyklische Beanspruchnung führt zu Mikroplastischen

Deformationen

● Bewegung von Versetzungen mit zunehmenden Aufstau und

Austritt an der Oberfläche

● Fortschritt durch Einflussfaktoren bestimmt, denen

entgegengewirkt werden kann

Ermüdung und Dauerfestigkeit

3. Einflußfaktoren und Maßnahmen zur Steigerung der

Schwingfestigkeit

● Werkstoffart:

● Atomart und Basisgitter des Metalls

● Bindungskräfte und Gitterstruktur bestimmen das elastisch-

plastische Grundverhalten eines Metalls (z.B. Gleitsysteme,

Stapelfehlerenergie)

● Stähle mit krz-Gitter haben Dauerfestigkeit, Aluminium mit

kfz-Gitter nicht

● Werkstoffzustand:

● Art, Menge und Verteilung von Fehlern im Werkstoff

Ermüdung und Dauerfestigkeit

3. Einflußfaktoren und Maßnahmen zur Steigerung der

Schwingfestigkeit

Ermüdung und Dauerfestigkeit

Steigerung Dauerfestigkeit

● Kornverfeinerung: Erhöhung der Fließgrenze, Verbesserung der

Duktilität durch plastische Verformung

● Mischkristallbildung: Veränderung der Mikrostruktur zur Steigerung

von Zugfestigkeit bzw. Anhebung der Fließgrenze – wird über

Legierungen realisiert

● Ausscheidungshärtung: fein verteilte harte Teilchen einer zweiten

Phase (Zugfestigkeit +, Fließgrenze +)

● Verformungsverfestigung: durch Kaltverformen verfestigt sich

Werkstoff, verliert aber an Duktilität

● Hochtrainieren über Reckalterung

Ermüdung und Dauerfestigkeit

Steigerung Dauerfestigkeit

● Oberflächenbeschaffenheit:

● Fehlerfreie und gehärtete bzw. mit Druckeigenspannung versehene

Oberflächen ideal für hohe Ermüdungsfestigkeit

● mechanische Verfahren: Hämmern, Walzen, Kugelstrahlen zur

Einbringung von Druckeigenspannungen

● Randschichthärtung:

● Chemische Verfahren: Einsatzhärtung (Aufkohlung, Nitrieren)

● Physikalische Verfahren: Induktionshärten

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Beispiel: Kugelstrahlen einer Welle

3. Einflußfaktoren und Maßnahmen zur Steigerung der

Schwingfestigkeit

Ermüdung und Dauerfestigkeit

4. Prüfmechanismen

Ermüdung und Dauerfestigkeit

Ermüdung und Dauerfestigkeit

Ermüdung und Dauerfestigkeit

Quellen

● Werkstofftechnik 1, W. Bergmann, Carl Hanser Verlag

● Mechanisches Verhalten der Werkstoffe, J. Rösler, H. Harders, M. Bäker,

Teubner Verlag

● Materials Science and Engineering, W. Callister, J. Wiley & Sons