Prüfkonzept zur experimentellen Bestimmung des Ermüdungsverhaltens von einsatzgehärteten Werkstoffzuständen: Herrn Prof. Joachim W. Bergmann anlässlich seines 65. Geburtstages gewidmet

Andreas Kleemann; Rayk Thumser; Susanne Kleemann; Jörg Winge; Uwe Gerth

doi:10.3139/120.110207

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Prüfkonzept zur experimentellen Bestimmung des Ermüdungsverhaltens von einsatzgehärteten Werkstoffzuständen

Herrn Prof. Joachim W. Bergmann anlässlich seines 65. Geburtstages gewidmet

Andreas Kleemann , Rayk Thumser , Susanne Kleemann , Jörg Winge and Uwe Gerth

Published/Copyright: May 26, 2013

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From the journal Materials Testing Volume 53 Issue 3

Kurzfassung

Für ein werkstoffmechanisches Dauerfestigkeitskonzept für einsatzgehärtete Bauteile sind experimentell abgesicherte Dauerfestigkeitswerte für die unterschiedlich aufgekohlten Werkstoffbereiche erforderlich. Bei den hier vorgestellten Untersuchungen wurden Rohrproben entwickelt, bei denen durch Niederdruckaufkohlen im Prüfquerschnitt vorausberechnete, homogene Kohlenstoffgehalte erzeugt wurden. Diese Werkstoffproben gestatten es, den Einfluss des Kohlenstoffgehaltes bzw. der Härte auf Dauerfestigkeit, Streuung und Mittelspannungsempfindlichkeit explizit experimentell zu ermitteln. Für die Ermüdungsversuche wurde an einen Innendruckprüfstand ein zweiter Druckübersetzer zur Erzeugung von statischem Außendruck adaptiert. Mit diesem Prüfkonzept kann das Spannungsverhältnis im Prüfquerschnitt der Rohrprobe frei eingestellt werden. Als Versuchswerkstoff wurde der Stahl 20MnCrB5 eingesetzt und Proben mit durch Aufkohlen erzeugten homogenen Kohlenstoffgehalten von 0,18%, 0,40%, 0,55% und 0,70% untersucht. Die Hauptbeanspruchungsrichtung in der druckbelasteten Probe ist senkrecht zur Hauptumformrichtung des Ausgangsmaterials (Stabstahl). Die ermittelten Dauerfestigkeiten zeigen keine Abhängigkeit von der Härte und sind maßgeblich beeinflusst durch die Wirkung von großen Einschlüssen.

Abstract

Fatigue data of material states with different carbon contents are necessary for calculation of carburized parts. Experimental results on the correlation of local material structure and local endurance are not available. Up to now only carburized notched specimens and components have been investigated. In this investigation a new tube specimen with homogenous carbon content in the wall resulting from carburization process was developed. Carbon contents of 0.18%, 0.40%, 0.55% und 0.70% in the thin wall tube specimen have been tested. Specimens were loaded with cyclic internal and monotonic external pressures. Special test rig with two pressure intensifier is introduced. With the aid of the cyclic internal and constant external pressure the whole Haigh-diagram with ratios of pressure or stress of R = ∞ until R = 0.5 could be covered. Main load direction in the tube specimen is perpendicular to the steel rods axis. Results obtained for the used 20MnCrB5 steel grade show the same endurance limit for different carbon contents or hardness, respectively, and are significantly affected by big non-metallic inclusions.

Dipl.-Ing. Andreas Kleemann, Jahrgang 1963, studierte Werkstofftechnik an der TU Bergakademie Freiberg. Nach Tätigkeiten an der Bergakademie Freiberg und am Swedish Institute for Metals Research in Stockholm war er 1995- 2008 bei der Mubea Fahrwerksfedern GmbH beschäftigt. Dort war er in der Material- und Produktentwicklung und ab 2005 als Laborleiter tätig. Seit 2008 arbeitet er an der Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar im Fachgebiet Bauteile und Werkstoffe und leitete die Arbeitsgruppe Innendruckprüfung.

Dr.-Ing. Rayk Thumser, Jahrgang 1975, studierte Bauingenieurwesen an der Bauhaus Universität Weimar. Er ist seit 1999 an der Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus Universität Weimar im Fachgebiet Bauteile und Werkstoffe beschäftigt. 2009 promovierte er an der Bauhaus-Universität Weimar. Seit 2004 leitet er die Abteilung Werkstoffe und Bauteile an der Materialforschungs- und -prüfanstalt Weimar. Seine wissenschaftlichen Arbeitsschwerpunkte liegen in der Forschung zu Ermüdungs- und Bruchvorgängen von Werkstoffen und Bauteilen unter zyklischer Innendruckbeanspruchung.

Dr.-Ing. Susanne Kleemann, Jahrgang 1965, studierte Werkstofftechnik an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte dort auf dem Gebiet der Randschichttechnik. Nach Tätigkeit in der Automobilzulieferindustrie ist sie seit 2001 als wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar im Fachgebiet Werkstoffe und Bauteile mit den Schwerpunkten Metallografie und Fraktografie tätig.

Dipl.-Ing. (FH) Jörg Winge, Jahrgang 1969, studierte Elektrotechnik an der Fachhochschule Jena. Nach Tätigkeiten in der Telekommunikations- und der Automobilzulieferindustrie ist er seit 2005 als Entwicklungs- und Prüfingenieur an der Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar im Fachgebiet Werkstoffe und Bau- teile tätig.

Dr.-Ing. Uwe Gerth, Jahrgang 1962, studierte an der Bauhaus-Universität Weimar Silikattechnik und promovierte an der Technischen Universität Clausthal auf dem Gebiet der anorganisch nichtmetallischen Werkstoffe. Nach Tätigkeiten in der Schott AG und an der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist er seit 1997 in der Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar als wissenschaftlicher Mitarbeiter beschäftigt.

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Online erschienen: 2013-05-26

Erschienen im Druck: 2011-03-01

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