Schadenstolerante Gefüge für hochbeanspruchte Komponenten des Maschinenbaus

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Die mechanische Beanspruchung von Bauteilen der Anlagen- und Verkehrstechnik nimmt In den letzten Jahren immer mehr zu. Dies liegt hauptsächlich daran, dass bei der Auslegung der Bauteile angestrebt wird, möglichst effizient die Belastbarkeit des Werkstoffs auszunutzen und dadurch Ressourcen zu schonen. Die verwendeten Werkstoffe müssen dabei nicht nur hochbeanspruchbar, sondern auch zuverlässig und schadenstolerant sein, da es ansonsten vermehrt zu Schadensfällen kommen wird. Dabei sind für das makroskopische Bauteilversagen meistens mikroskopische Vorgänge Im Gefüge des verwendeten Werkstoffs verantwortlich. Unter anderem gehört hierzu die Rissbildung an nichtmetallischen Einschlüssen, an denen es infolge des unterschiedlichen Last-Verformungs-Verhaltens von Einschluss und Matrix zu Spannungskonzentrationen kommt. Aus diesem Grund wurde in der Vergangenheit vielfach alleine der Reinheitsgrad des Werkstoffs als zu optimierende Größe bei der Weiterentwicklung von Stählen für die Anlagen- und Verkehrstechnik verstanden. Die Verbesserung des Reinheitsgrads stößt aber an technische Grenzen; darüber hinaus bedeutet das Auftreten eines Schadensfalls an einem Einschluss zumeist ein örtlich isoliertes Einzelereignis, welches nicht von der Einschlussanzahl, sondern der Position eines einzelnen Einschlusses im Bauteil abhängt. Deshalb sollte nun zur Weiterentwicklung der Stähle versucht werden, ein trotz der hohen Grundfestigkeit noch verformbares und stark verfestigendes Matrixgefüge einzustellen. Dadurch kann es gelingen, die an den Einschlüssen auftretenden Spannungsspitzen durch plastische Verformung und der damit verbundenen Verfestigung abzubauen. Methodisch wird der Ansatz verfolgt, eine Matrix mit möglichst hohem Verfestigungsvermögen zu entwickeln. Es kann angenommen werden, dass diejenigen Konzepte, die bei welchen Werkstoffen zur Verbesserung des Verfestigungsverhaltens genutzt wurden, nicht ohne Einschränkungen auf die Einsatz-, Vergütungs- und Wälzlagerstähle übertragen werden können. Allerdings gibt es einige Ansätze, die auch bei diesen Stählen noch zur Verbesserung des Verfestigungsverhaltens führen können. ...