Quantifizierte Bewertung des Einflusses der Beanspruchungsfrequenz auf das Ermüdungsverhalten unlegierter Stähle zur Implementierung in ressourceneffiziente Lebensdauerprognoseverfahren
Im Rahmen des Arbeitsprogramms des Forschungsprojektes werden die etablierten Lebensdauerprognoseverfahren (LPV) für den HCF Bereich bei Versuchsfrequenzen von 5 Hz für hohe Versuchsfrequenzen (bis 260 Hz) und hohe Zyklenzahlen (bis 108) erweitert. Ziel ist es den Übergang zwischen LCF/HCF bis zum VHCF Bereich zu beschreiben. Aktuell werden umfassende mechanische Versuche mit dem Stahl C45E im normalisierten Zustand als Versuchswerkstoff zur Erweiterung der Lebensdauerprognoseverfahren (LPV) am WWHK durchgeführt und durch eine detaillierte Charakterisierung der Mikrostruktur mittels unterschiedlicher rasterelektronischer Untersuchungen am WPT bestätigt.


Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Teamleitung "Hochfrequenzermüdung“
- +49 631 3724-2461jonas.ziman(at)hs-kl(dot)de
- Campus Kaiserslautern
- Raum H3-2.041.2

Assistent FB AING, Stellvertretende Fachgebietsleitung
- +49 631 3724-2259fabian.weber(at)hs-kl(dot)de
- Campus Kaiserslautern
- Raum H1-2.010.3

Vizepräsident für Forschung und Transfer, Studiengangsleitung: "Maschinenbau, Bachelor" "Mechatronik, Bachelor", Fachbereichsrat AING
- +49 631 3724-2389peter.starke(at)hs-kl(dot)de
- Campus Kaiserslautern
- Raum H1-2010.1

Der Frequenzeinfluss ist in den Wechselverformungskurven von Laststeigerungsversuchen deutlich in Form einer Verschiebung der ersten Werkstoffreaktion zu höheren Spannungsamplituden (220 MPa für 80 Hz und 240 MPa für 260 Hz) erkennbar. Diese erste Werkstoffreaktion kann auch zur Abschätzung der Ermüdungsfestigkeit des Werkstoffs genutzt werden. Die Zunahme dieses Wertes mit ansteigender Versuchsfrequenz beruht darauf, dass die Versetzungen hinsichtlich ihrer Beweglichkeit zunehmend eingeschränkt sind, weswegen sich die plastische Verformung im Probenvolumen reduziert bzw. diese zu höheren σa-Werten verschoben wird. Dies spiegelt sich ebenfalls in der Bruchlaststufe des LSV wider, die für 80 Hz bei 240 MPa und für 260 Hz erst bei 265 MPa liegt.
Es ist zu erkennen, dass die zur Validierung konventionell durchgeführten Einstufenversuche mit den berechneten StressLife-Ergebnissen auf Grundlage eines temperaturkorrigierten elektrischen Widerstands sehr gut übereinstimmen. Neben einer deutlichen Lebensdauerverlängerung zu höheren Prüffrequenz ist ein ähnlicher Kurvenverlauf im Bereich von 105 und 106 Lastspielen erkennbar. Des Weiteren stimmt die aus den Kurven abgeschätzte Ermüdungsfestigkeit (σa ab der die Kurven einen horizontalen Verlauf zeigen), mit den aus den LSV abgeschätzten Ermüdungsfestigkeiten überein.