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Schichtbasierte Schwingfestigkeitsbewertung von Gussbauteilen

Die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit moderner Gussbauteile ist eine komplexe Aufgabe, die ständig durch Leichtbaudesign und Umweltanforderungen vorangetrieben wird. Grundsätzlich wird die Ermüdungsfestigkeit durch statistisch verteilte Kerben oder Defekte innerhalb des Bauteils beeinflusst, was eine lokale Bewertung aufwendig macht. In dieser Arbeit wird ein schichtweises, ingenieurmäßig anwendbares Bewertungsinstrument unter Berücksichtigung der lokalen Herstellungsbedingungen vorgestellt.

Basierend auf Fraktographie und Computertomographie werden Defektverteilungen schichtweise, beginnend an der Oberfläche, bestimmt und die Schwingfestigkeit unter Verwendung von Mikrostrukturgröße und zyklischen Belastungsparametern berechnet.

Darüber hinaus wird die…

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Die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit moderner Gussbauteile ist eine komplexe Aufgabe, die ständig durch Leichtbaudesign und Umweltanforderungen vorangetrieben wird. Grundsätzlich wird die Ermüdungsfestigkeit durch statistisch verteilte Kerben oder Defekte innerhalb des Bauteils beeinflusst, was eine lokale Bewertung aufwendig macht. In dieser Arbeit wird ein schichtweises, ingenieurmäßig anwendbares Bewertungsinstrument unter Berücksichtigung der lokalen Herstellungsbedingungen vorgestellt.

Basierend auf Fraktographie und Computertomographie werden Defektverteilungen schichtweise, beginnend an der Oberfläche, bestimmt und die Schwingfestigkeit unter Verwendung von Mikrostrukturgröße und zyklischen Belastungsparametern berechnet.

Darüber hinaus wird die Bauteillebensdauer maßgeblich durch den effektiven Eigenspannungszustand in der Schicht beeinflusst. Daher wurde ein elastisch-plastisches Materialmodell verwendet, um die Umverteilung der Eigenspannungen bei zyklischer Belastung zu berücksichtigen. Anhand der Analyse von gleitgeschliffenen und polierten Proben wird die Methode unter Berücksichtigung des zyklisch stabilen Mittelspannungszustandes validiert.

Diese auf Bruchmechanik basierende Methode zur Bewertung der Ermüdungsfestigkeit wurde für die Gusswerkstoffe AlSi8Cu3, AlSi7Mg0.3, G21Mn5+N und G12MnMo7-4+QT entwickelt und ist für eine bauteilähnliche Prüfung in Abb. 1 dargestellt. Der technische Anriss im Bauteil wurde mit Risslumineszenz detektiert, siehe Abb.2. Für alle untersuchten Werkstoffe wird die Dauerfestigkeit innerhalb eines Bereichs von etwa 10 % berechnet. Dieses umfassende Konzept bietet einen ingenieurmäßig anwendbaren Ansatz für die fertigungsprozessbasierte Auslegung von Gusskomponenten und verwandten Verfahren.

Reference
BF-2025-617

Title
Schichtbasierte Schwingfestigkeitsbewertung von Gussbauteilen
Author(s)
M. Oberreiter, M. Stoschka, F. Grün
DOI
10.48447/BF-2025-617
Event
Strukturfestigkeit und Produktlebenszyklus – Vom Design bis zur Kreislaufwirtschaft – Tagung 2025
Year of publication
2025
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Bruchmechanik,Schwingfestigkeit,Computertomographie,Gussbauteile,Zyklisches Materialverhalten