VHCF variable Amplitude II

Bauteilauslegung unter Berücksichtigung von Beanspruchungen mit
variablen Amplituden und sehr hohen Schwingspielzahlen
FKM 2018
Heft Nummer 331
Vorhaben Nr. 309
136 Seiten

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Abschlussbericht

Kurzfassung:
Im experimentellen Teil dieses Forschungsprojektes wurde ein Vergütungsstahl 50CrMo4 in drei verschiedenen Festigkeiten (Rm = 919 MPa; 1174 MPa und 1500 MPa) untersucht. Bei allen Festigkeiten kamen ungekerbte Proben zum Einsatz welche mit konstanten Amplituden belastet wurden. Für die Festigkeit Rm = 1500 MPa wurden zusätzlich gekerbte Proben untersucht, welche
mit konstanten und variablen Amplituden belastet wurden. Als Prüfmaschinen wurden eine servohydraulische (ca. 200 Hz), eine elektromechanische (ca. 700 Hz) und eine Ultraschall-Prüfmaschine (ca.19.000 Hz) eingesetzt. Alle Proben wurden bis zum Bruch oder N = 108 bis 109 (je nach Prüffrequenz) ermüdet.
Zur Bewertung der Zuverlässigkeit bei der statistischen Auswertung von Wöhlerversuchen wurde die Maximum-Likelihood-Methode, das modifizierte arcsin?p-Verfahren und das Treppenstufen-Verfahren untersucht. Für die Bemessungspraxis wird die Auswertung von Wöhlerversuchen mit der Maximum-Likelihood-Methode empfohlen. Weiterhin wurden nicht-lineare Ansatzfunktionen auf ihre Eignung zur Beschreibung von Gaßnerlinien untersucht sowie unterschiedliche Varianten
der Palmgren-Miner-Regel auf Basis der hier durchgeführten Schwingfestigkeitsversuche miteinander verglichen. Als nichtlineare Ansatzfunktion zur Approximation von Gaßnerversuchspunkten wird die Formulierung nach Haibach [Spi81] empfohlen.
Auf Basis der Schnellzugversuche und der zyklisch stabilisierten Spannungs-Dehnungskurven wurde eine rechnerische Methode entwickelt, welche die Regelungsart und die Dehnrate der eingesetzten Prüfmaschine berücksichtigt und die Spannungen im Wöhlerdiagramm
entsprechend korrigiert. Mit Anwendung der Methode lässt sich das Streuband deutlich reduzieren und die Befunde der fraktographischen Bruchflächenuntersuchungen werden somit erklärbar. Bei diesen konnte keine Verlagerung des Versagensortes von der Oberfläche ins Materialinnere bei zunehmender Lebensdauer beobachtet werden, was mit den Ergebnissen der entwickelten Methode im Einklang steht.