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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
● 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
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
Ermüdung und Dauerfestigkeit
Beispiel: Kugelstrahlen einer Welle
3. Einflußfaktoren und Maßnahmen zur Steigerung der
Schwingfestigkeit