Untersuchungen zum Einfluss der Bauteiloberfläche und -randschicht auf die Ermüdungsfestigkeit

FKM 2005
Heft Nummer 286
Vorhaben Nr. 257

Abschlussbericht
Kurzfassung:

Zur experimentellen Untersuchung des Randschichteinflusses auf die Ermüdungsfestigkeit wurden Wähler- versuche an ungekerbten Probestäben durchgeführt, bei denen die Oberflächenrauigkeit und der Kerbradius der Drehriefen variieren. Die Oberflächenverfestigung als Einflussparameter wurde nicht gezielt variiert. Als Beanspruchungen wurden Normalspannungen (4-Punkt-Biegung) realisiert. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sind für drei Stahl- und zwei Sphärogusswerkstoffe 20 Versuchsreihen mit sechs unterschiedlichen Oberflächentopographien untersucht worden. Dabei sind in Einstufenversuchen sowohl die Zeitfestigkeitsgerade als auch die Dauerfestigkeit bestimmt worden. Für den Einfluss der Oberflächentopographie werden der Oberflächenfaktor nach Leitfaden, nach FKM- Richtlinie und ein neuer Vorschlag von J. Liu überprüft. Der Vergleich mit den experimentellen Ergebnissen der Untersuchung zeigt, dass durch diese Faktoren die Ergebnisse der Versuchsreihen nicht beschrieben werden können. Die Eigenspannungen nach der Bearbeitung wurden röntgenographisch in Probenlängs- und -umfangsrichtung bestimmt. Zur Bewertung der Eigenspannungen wurden unterschiedliche Festigkeitshypothesen heran- gezogen. Der Einfluss der Mikrostruktur und der Festigkeit konnte nicht weiter quantifiziert werden. Der Berechnungsvorschlag von J. Liu beschreibt die Abminderung der Dauerfestigkeit durch den Oberflächeneinfluss, trotz des zusätzlichen Parameters Oberflächenformzahl K o (neben der Rauheit), nicht wesentlich besser als die bisherigen Berechnungsmodelle. Er sollte aber weiter verfolgt werden, da bei anderen Rauheitsprofilen, wie sie z.B. beim Schleifen entstehen, sich die Einführung einer Oberflächenformzahl anbietet. Der Einfluss der Oberfläche auf die Schwingfestigkeit ist nur beschreibbar, wenn der Eigenspannungszustand berücksichtigt wird. Aus den Ergebnissen dieser Untersuchung kann ein Konzept vorgeschlagen werden, mit dem die Dauerfestigkeit zutreffend berechnet werden kann, wenn die statische Festigkeit, die Oberflächentopographie und die Eigenspannungen bekannt sind. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.
Berichtsumfang:
227 Seiten, 187 Abbildungen, 71 Tabellen, 106 Literaturstellen
Beginn der Arbeiten:
01. April 2002
Ende der Arbeiten:
30. September 2004
Zuschussgeber:
BMWA / AiF-Nr. 13247 ßG/1 Forschungsstellen: Institut für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit (IMAB) Technische Universität Clausthal Prof. Dr.-lng. A. Esderts Prof. Dr.-lng. H. Zenner Dipl.-lng. U. Kleemann Institut für Oberflächentechnik und Fertigungsmesstechnik (IOF) Technische Universität Dresden Prof. Dr.-lng. U. Günther Dr.-lng. A. Popp
Obmann des Vorhabens:
Dr.-lng. H. Waltermann Barmag/Saurer GmbH chstadt