Ermüdungsverhalten und Lebensdauerberechnung des Gusseisenwerkstoffes EN-GJS-600 bei isothermer und thermisch-mechanischer Beanspruchung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit Hilfe der Temperatursteigerungsversuche konnte die frequenzbedingte Verschiebung des Temperaturbereichs dynamischer Reckalterungseffekte effizient bestimmt werden, um diese Kenntnis bei der Temperaturauswahl für die nachfolgenden Lebensdauerberechnungen mittels PhyBaLSIT zu berücksichtigen. Die Temperaturstufe unterhalb erster DRA Effekte steigt von 100 °C bei 0,005 Hz auf 275 °C bei 92 Hz signifikant an. Damit einhergehend nimmt die Temperatur maximaler Reckalterung von 225 °C auf 400 °C zu. Dies zeigt, dass die Beachtung der im Betrieb vorliegenden frequenz- und amplitudenabhängigen Verformungsgeschwindigkeit für eine ressourcengerechte Dimensionierung des Gusseisenwerkstoffes EN-GJS-600 notwendig ist. Die Bestimmung des HCF-, LCF- und Übergangsbereichs der Totaldehnungswöhlerkurve mit Hilfe eines Dehnungssteigerungversuchs ermöglicht die Anwendung eines Zweiparameterkonzepts für den Großteil des HCF- bzw. LCF-Bereichs. Die für 0,005 Hz im LCF- und für 5 Hz im HCF-Bereich ermittelten Wöhlerkurven zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit experimentellen Werten. Die Modifikation der PhyBaL-Methodik für totaldehnungskontrollierte Versuche im LCF- und HCF-Bereich wurde somit erfolgreich validiert. Nach Abschluss und Veröffentlichung der 47 Hz und 92 Hz Versuche stehen umfangreiche Daten zur Verfügung, die für einen großen Temperaturund Frequenzbereich als Basis zur Bauteildimensionierung genutzt werden können. Mit den im Laufe des Projekts gewonnenen Erkenntnissen wäre eine Ausweitung auf einen Vierparameteransatz zur Beschreibung des Übergangsbereichs von HCF zu LCF mit überschaubarem Versuchsaufwand möglich. Die erzielten Forschungsergebnisse, vor allem die Anwendung für niederfrequente Versuche im LCF-Bereich, legen die Basis zur erfolgreichen Anwendung der in diesem Projekt entwickelten Methodik für thermomechanische Versuche. Mit Hilfe des entwickelten Wegaufnehmers könnten TMF-Folgeuntersuchungen mit überlagerter HCF-Beanspruchung in einem großen Frequenz- und Temperaturbereich durchgeführt werden, um den Einfluss verschiedener Betriebszustände von Verbrennungsmotoren auf die Lebensdauer der Komponenten zu untersuchen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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PHYBALSIT - Fatigue Assessment and Life Time Calculation of the Ductile
Cast Iron EN-GJS-600 at Ambient and Elevated Temperatures. Characterization of Minerals, Metals, and Materials 2015, p. 711-718.
Benjamin Jost, Marcus Klein, Dietmar Eifler
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Cyclic deformation behavior and physically based lifetime calculation
(PhyBaL) of the ductile cast iron EN-GjS-600 (ASTM 80-55-06) at low
frequency fatigue in temperature range AT - 400 °C. Eighth International Conference on Low Cycle Fatigue, 2017, pp. 411-416, ISBN 978-3-9814516-5-8.
T. Beck, D. Elfter, M. Klein, B. Jost
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Temperature dependent cyclic deformation and fatigue life of
EN-GJS-600 (ASTM 80-55-06) ductile cast iron. International Journal of Fatigue, Vol. 96. 2017, pp. 102-113.
Benjamin Jost, Marcus Klein, Tilmann Beck, Dietmar Eifler
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Life assessment in constant and variable amplitude high‐temperature fatigue of ductile cast iron and metastable austenitic steel based on in situ measurement of physical properties. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik = Materials Science and Engineering Technology, Vol. 49. 2018, Issue 3: Special Issue: Symposium on Structural Durability in Darmstadt (SOSDiD), pp. 332-344.
M. Klein, B. Jost, M. Smaga, A. Sorich, D. Eifler, T. Beck
