Volume 46, Issue 7-8

Der Aufsatz gibt eine Übersicht über die wichtigsten bruchmechanischen Fragestellungen bei Eisenbahnkomponenten sowie vorhandene Lösungsansätze. Schwerpunktmäßig orientiert er sich an den sicherheitsrelevanten Komponenten Radsatzwelle, Rad und Schiene. Die verschiedenen in der Praxis beobachteten Schädigungsformen an Eisenbahnkomponenten werden hinsichtlich ihrer möglichen Einbindung in ein bruchmechanisches Bewertungskonzept diskutiert.

The dislocation mechanisms behind sagging behavior of autosuspension spring steels are far from being understood due to their complicated microstructures. In this study, systematic cyclic loading tests were carried out on two model materials - industrial pure iron and spheroidized 1045 steel – to understand the mechanisms behind sagging. It is found that it is the different dislocation microstructures that control the cyclic creep behavior of different materials. With iron samples with low mean stress values, higher mean stresses do not trigger cell structure formation mainly due to the little requirement for high plastic strain amplitude and hence the lack of necessity for high dislocation density, and a large number of dislocation interactions through large mobile dislocations. In the case of the 1045 steel samples, the collapse of pre-existent substructures and the movement of newly generated mobile dislocations are the main reasons for the cyclic softening observed. The massive reorganization process of dislocation configurations and the competition between softening and hardening both carry on throughout the entire cycling process, but the softening process is found to be the predominant factor.

For clarifying the behavior of thermal fatigue and verifying the role of Coffin-Manson’s law in thermal fatigue, out-of phase type thermal fatigue tests were carried out on ferritic ductile cast iron. As a result of the tests, the dependence of thermal fatigue life and the plastic strain produced in each cycle on cyclic peak temperature and the dependence of thermal fatigue life on cyclic plastic strain were made clear. Particularly, the exponent and the coefficient in the latter relationship, i.e. Coffin-Manson’s law, are kept constant over all ranges, including the phase transformation range. And it shows that the thermal fatigue life can be predicted by tensile the properties of specimens at room temperature. By the way, the microstructure and the fracture surface of failed specimens were observed and the mechanism of thermal fatigue is discussed here.

Fretting fatigue can be a serious problem for many engineering applications. Relative motions between components in contact can generate surface and subsurface damage, which leads to failure of the component. Hence, it is very reason that the microstructural condition strongly influences the so-called fretting fatigue behaviour. Nevertheless, the microstructural influence on the fretting fatigue behaviour has not been very well investigated up to now. To investigate systematically the influence of specific microstructural parameters on the fretting fatigue behaviour, a broad variety of different iron-base materials were selected for this study. Based on a variation of the grain size and of the ferrite /pearlite morphologies, a detailed understanding of microstructural, effects on the fretting fatigue behaviour can be derived. In general, a reduction of the fatigue life compared to uniaxial fatigue tests by up to 50 %, depending on the respective microstructure, normal load and strain amplitude, was observed.

In der Magnesiumdruckgusslegierung AM60B sind kurze Risse bei Spannungsintensitäten unterhalb des Schwellenwertes für lange Risse und teilweise sogar unterhalb des effektiven Schwellenwertes ausbreitungsfähig. Wechselwirkungen zwischen Mikrostruktur und Ausbreitungsverhalten wurden auch noch bei Rissen einer Größe von mehr als 0,4 mm beobachtet. Im Bereich der Dendritengrenzen, die aus aluminiumreicherer α-Phase und der β-Phase Al 12 Mg 17 bestehen, und in der Umgebung intermetallischer Phasen vom Typ AlMnSi wurde auch das Wachstum von Rissen dieser Größenordnung noch verlangsamt und teilweise sogar gestoppt. Bei vergleichbaren Rissgrößen und Spannungsintensitäten waren die mittleren Wachstumsraten deutlich größer als in Aluminiumdruckguss.

Im Bereich des Querschnittsübergangs der Federstelle bilden sich unter ungünstigen Umständen im Fuß von Zungenschienen Ermüdungsrisse, die letztlich den Bruch der Schiene verursachen können. Zur Qualifizierung der Bewertungskriterien, d.h. des Prüfzyklusses der zerstörungsfreien Prüfung der Zungenschienen, wird die bruchmechanische Analyse als Monte-Carlo-Simulation gestaltet. Aus dem ungünstigsten Risswachstumsverhalten wird für die zerstörungsfrei ermittelte Rissgröße der erforderliche Prüfzyklus in Abhängigkeit von der Betriebsbelastung abgeleitet.

In der BAM wurde als Gemeinschaftsvorhaben der Fachgruppe „Zerstörungsfreie Schadensdiagnose und Umweltmessverfahren“ ein rechnergesteuerter Messabtaster für Bauwerksteile (Baustellenscanner) entwickelt. Es handelt sich um ein auf Schienen verfahrbares modulares System mit einem multifunktionalen Messkopf für mehrere zerstörungsfreie Prüfverfahren. Mit dem Baustellenscanner können Objekte wie Brücken oder Fundamentplatten schneller und genauer als bisher bei gleichzeitig reduziertem Personalaufwand untersucht werden.

Die Eigenspannungen im Inneren eines mechanischen Bauteils sichtbar zu machen oder die verborgene innere Struktur eines Objekts auf den Mikrometer genau zu studieren, sind nur zwei Beispiele für den Einsatz zerstörungsfreier Messmethoden am Hahn-Meitner-Institut (HMI) in Berlin. An dieser Stelle sollen einige der wichtigsten davon sowie ihre Anwendungsfelder vorgestellt werden.