Bewertung des Einsatzpotentials von zerstörungsfreien Messmethoden zur Charakterisierung des Wechselverformungsverhaltens in Hochfrequenzermüdungsversuchen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Starke
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538354247

Die gewichtsoptimierte Bauteilauslegung sowie die resultierende Abschätzung der Lebensdauer metallischer Werkstoffe setzen ein umfassendes Verständnis der Ermüdungsvorgänge und die systematische Untersuchung des Wechselverformungsverhaltens voraus. Viele Bauteile können allein aus Zeit- und Kostengründen weder als Prototypen gebaut, noch als solche unter Betriebsbedingungen geprüft werden. Zur Reduktion des Zeit- und Kostenaufwandes im Rahmen der Bereitstellung von Wöhlerkurven können verschiedene Lebensdauerprognoseverfahren (LPV) eingesetzt werden, welche u.a. am Fachgebiet für Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung der Hochschule Kaiserslautern in den vergangenen Jahren entwickelt wurden. Grundlage dieser Verfahren ist die vorgangsorientierte Betrachtung des Ermüdungsprozesses mittels überwiegend zerstörungsfreien Prüfverfahren. Die hieraus abgeleiteten Informationen dienen somit einerseits als Eingangsgrößen für die LPV und ermöglichen darüber hinaus die umfängliche Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens bzw. die Beschreibung der Schädigungsentwicklung in Werkstoffen, Proben und Bauteilen. Im Rahmen dieses beantragten Forschungsprojektes soll daher das Einsatzpotential verschiedener Messmethoden (Thermometrie: IR-Kamera, Thermistoren, Thermoelemente; Resistometrie: Gleichstrommessung) während höherfrequenter Ermüdungsversuche an einem Resonanzpulsator am Beispiel des Vergütungsstahles 42CrMo4 überprüft und validiert werden. Neben der generellen Anwendbarkeit soll eine Quantifizierung erfolgen, welches Messverfahren die ablaufenden Ermüdungsprozesse mit einer bestmöglichen Auflösung und Trennschärfe detektieren kann. Um eine möglichst große Spanne an Einflussfaktoren in dem Projekt berücksichtigen zu können, werden insgesamt drei wichtige Einflussparameter in den Untersuchungen systematisch betrachtet. Zusätzlich zu dem Frequenzeinfluss, welcher an drei Frequenzen aufgezeigt werden soll, wird der Größeneinfluss der Proben und der Einfluss von Kerben berücksichtigt. Durch die geplanten Untersuchungen an unterschiedlichen Probengeometrien, wird eine mögliche Aufheizung der Probe und somit eine Überlagerung mit der Lebensdauerverlängerung durch eine erhöhte Messfrequenz berücksichtigt. Insbesondere die Unterscheidung von gekerbten und ungekerbten Proben ist von großer technischer Bedeutung. Die Applikation von Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung an gekerbten Proben ermöglicht eine Überführung der hierbei gewonnenen Daten in neue Lebensdauerprognoseverfahren und stellt somit einen wichtigen Schritt in Richtung einer beschleunigten Ermittlung von Bauteil-Wöhlerkurven dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen