Ultraschall-Schwingprüfsystem
Final Report Abstract
Das Ultraschall-Schwingprüfsystem wurde für das Projekt „Versagensmechanismen im Gigacycle-Fatigue- Bereich bei neuen, hochfesten Werkstoffen“ eingesetzt. In diesem Projekt wurden die Versagensmechanismen des Stahles 100Cr6 im bainitischen und martensitischen Zustand bis zu einer Grenzschwingspielzahl von 2 x 109 untersucht. Der Wälzlagerstahl weist nach neuesten Erkenntnissen keine echte Dauerfestigkeit auf, so kann es auch nach 107 Schwingspielen noch zu einem Bruch der Probe kommen. Als ein möglicher Einflussfaktor wird seit vielen Jahren der Wasserstoff diskutiert, weshalb beide Gefügezustände bei gleicher Schmelzcharge zum einen mit einem Wasserstoffgehalt < 0,7 ppm und zum anderen mit einem erhöhten Wasserstoffgehalt von 3 ppm geprüft wurden. Mit der verwendeten Prüftechnik wird die Grenzschwingspielzahl noch deutlich vor der vollständigen Effusion des diffusiblen Wasserstoffes erreicht. Aus den so generierten Wöhlerlinien wurde die Dauerfestigkeit bezogen auf die Grenzschwingspielzahl von 2 x 109 bestimmt. Durch die Anwesenheit von 3 ppm Wasserstoff verringert sich die Dauerfestigkeit bei einem Spannungsverhältnis von R = 0,1 im bainitischen Zustand von 457 MPa auf 227 MPa. Im Fall des martensitischen Gefüges kommt es zu einem Abfall der Dauerfestigkeit von 444 MPa auf 276 MPa. Dieser immense Einfluss wird auf die verringerte Bruchzähigkeit und die verkürzte Rissinitiierungsphase in Folge der Wasserstoffbeladung zurückgeführt. Gleichzeitig beeinflusst der Wasserstoff die schädigende Wirkung von verschiedenen Einschlusstypen. Während im unbeladenen Zustand vorrangig Chromcarbide im Rissursprung des martensitischen Gefüges detektiert werden, versagt es nach der Beladung mit Wasserstoff überwiegend an groben Körnern oder an globularen Schlackeeinschlüssen. Dieser Wechsel ist auch im bainitischen Gefüge zu erkennen, allerdings versagt dieses im unbeladenen Zustand zum größten Teil an Titancarbonitrideinschlüssen, wohingegen nach der Beladung mit Wasserstoff vor allem Mangansulfideinschlüsse kritisch werden. Vervollständigt werden die Ergebnisse durch Untersuchungen bei einem Spannungsverhältnis von R = -1.
Publications
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Schwingprüfung mit 20.000 Hz. AWT-info 25 (2009), 7
T. Karsch
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Influence of hydrogen and microstructure on the fatigue behaviour of steel SAE 52100 in the VHCF regime. Proceedings VHCF 5, DVM, Berlin 2011, 201-206
T. Karsch, H. Bomas, H.-W. Zoch
