PHYBAL-CHT - Kurzzeitverfahren zur Ermittlung von Ermüdungseigenschaften von Stahl

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dietmar Eifler
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252183314

Kurzzeitverfahren zur Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften metallischer Werkstoffe sind von großem wissenschaftlichem und wirtschaftlichem Interesse, da konventionelle Verfahren zeit- und kostenintensive Wöhlerversuche erfordern. Für die systematische Untersuchung des Ermüdungsverhaltens metallischer Werkstoffe wird üblicherweise der Zusammenhang zwischen der plastischen Dehnungsamplitude und der Zyklenzahl in Form von Wechselverformungskurven genutzt.Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens soll das plastische Verformungsverhalten von Stahl mit Hilfe einer zyklischen Härteprüfung beschrieben und mit seinem Ermüdungsverhalten korreliert werden. In dem neuen Ansatz PHYBAL-CHT (CHT = Cyclic Hardness Test), der auf einer zyklischen Härteprüfung beruht, wird als Funktion der Härtemesszyklen die plastische Eindring-Tiefen-Amplitude ermittelt. In Analogie zur plastischen Dehnungsamplitude ist soll aus Messgrößen der zyklischen Härteprüfung des PHYBAL-CHT-Verfahrens eine plastische Eindring-Dehnung-Amplitude ermittelt werden. Damit wird die quantitative Beschreibung der zyklischen Verfestigung ermöglicht, wie sie beispielsweise in Wechselverformungskurven normalisierter Stähle beobachtet wird. Im dem beantragten Forschungsvorhaben sollen für 42CrMo4 im normalisierten und in drei vergüteten Wärmebehandlungszuständen mit der zyklischen Härteprüfung nach dem PHYBAL-CHT-Verfahren repräsentative plastische Eindring-Dehnung-Amplituden ermittelt und mit Wechselverformungskurven aus konventionellen Ermüdungsversuchen verglichen werden. Es soll nachgewiesen werden, dass das PHYBAL-CHT-Verfahren geeignet ist, das unterschiedliche Wechselverformungsverhalten normalisierter und vergüteter Stähle zu beschreiben. Mit diesem neuen Verfahrens-Ansatz kann der Versuchsaufwand gegenüber konventionellen Verfahren zur Ermittlung von Ermüdungseigenschaften erheblich reduziert werden. Zur Validierung der Vergleichbarkeit der Ergebnisse von PHYBAL-CHT-Versuchen und konventionellen Ermüdungsversuchen sollen die durch beide Beanspruchungsarten bedingten mikrostrukturellen Veränderungen betrachtet werden. An Proben aus abgestuften PHYBAL-CHT- und konventionellen Ermüdungs¬versuchen sollen jeweils Veränderungen im plastisch verformten Volumen über zweidimensionale Mikrohärtemappings, Electron-Backscatter-Diffraction-Messungen und röntgenografische Halbwertsbreitenmessungen ermittelt werden. Um lokale Mikrostrukturveränderungen mit den genannten Methoden nachweisen zu können, ist es notwendig, dass das durch die zyklische Härteprüfung plastisch verformte Volumen hinreichend groß ist. Dazu soll eine Versuchseinrichtung zur Durchführung zyklischer Makrohärtemessungen aufgebaut werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr.-Ing. Marcus Klein