Beitrag zur Bewertung der Schwingfestigkeit von Gusseisen mit Kugelgraphit (Deutsch)

2013

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Zur Erfassung des Einflusses der Inhomogenitäten auf die Schwingfestigkeitseigenschaften wurden experimentelle Schwingfestigkeitsuntersuchungen am Gusseisenwerkstoff mit Kugelgraphit EN-GJS-400 durchgeführt und ausgewertet. Die Proben wurden fraktographisch auf den Ausgang des Anrisses hin untersucht. Überwiegend konnte in den Untersuchungen ein Risswachstum ausgehend von Mikroporositäten an oder nahe unter der Probenoberfläche festgestellt werden. Diese Mikroporositäten wurden in den bruchmechanischen Analysen in dieser Arbeit als Anfangsriss betrachtet. Häufig zeigte sich eine komplex geformte Kontur der Porositäten sowie mehrere benachbarte Porositäten, die eine vereinfachte Abbildung des Risses notwendig machten. Die Kennwerte für das Rissfortschrittsgesetz wurden aus Ergebnissen von Rissfortschrittsuntersuchungen am Gusseisenwerkstoff EN-GJS-400-18-LT, die der Literatur entnommenen wurden, abgeleitet. Zudem wurden bruchmechanisch basierte Analysen mit dem Schädigungsparameter Pj von eigenen und der Literatur entnommenen Versuchsergebnissen dehnungsgeregelter Schwingfestigkeitsuntersuchungen an Gusseisenwerkstoffen mit Kugelgraphit durchgeführt. Auf Basis dieser Analysen wurde ein weiterer Kennwertsatz für das Rissfortschrittsgesetz abgeleitet. Im Bereich höherer Rissspitzenbeanspruchungen infolge globaler Beanspruchungen εa,t > 0,25 % beziehungsweise größerer Anfangsrisslängen konnten die Abweichungen zwischen rechnerisch abgeschätzter und experimentell ermittelter Schwingspielzahl mit diesem Kennwertsatz reduziert werden. Die örtliche Schwingfestigkeit am Bauteil wird von der Wahrscheinlichkeit, eine versagensauslösende Inhomogenität im hoch beanspruchten Bereich zu finden, mit bestimmt. Zur Ermittlung der örtlichen Schwingfestigkeit in Abhängigkeit vom höchst beanspruchten Werkstoffvolumen (HbV) V90% wurden Schwingfestigkeitsversuche an Proben mit V90% = 2,4 mm3 und V90% = 735 mm3 durchgeführt, die Flügelproben aus EN-GJS-400-18-LT im Wandstärkenbereich t = 80 mm und t = 100 mm entnommen wurden. Es zeigt sich in den experimentellen Untersuchungen bei diesen um mehr als den Faktor 100 voneinander abweichenden höchst beanspruchten Werkstoffvolumina ein signifikanter Unterschied in der örtlichen Schwingfestigkeit.

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