Physikalisch basierte Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von Gusseisenwerkstoffen unter betriebsnahen Beanspruchungsbedingungen

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Gusseisenwerkstoffe werden in der technischen Praxis häufig in hochbeanspruchten Bauteilen wie z.B. Zylinderkurbelgehäusen in der Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie eingesetzt. Zur umfassenden Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von Proben und PKW-Achsschenkeln aus Gusseisenwerkstoffen unter einstufigen und betriebsnahen Beanspruchungsbedingungen werden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens Dehnungs-, Temperatur- und elektrische Widerstandsmessverfahren eingesetzt. Durch eine frühzeitige Detektierung von Ermüdungsschäden können beispielsweise in der Prototypenentwicklung wertvolle Versuchszeit und Entwicklungskosten eingespart werden. Zudem besteht die Möglichkeit der in-situ-Überwachung versagenskritisch ausgelegter Bauteile. Elektrische Widerstandsmessverfahren eignen sich außerdem für betriebliche Inspektionen, da auch im lastfreien Zustand reproduzierbare Messungen zum aktuellen Schädigungszustand zerstörungsfrei durchgeführt werden können.Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es, für die Gusseisenwerkstoffe EN-GJL-250, EN-GJS-600 und EN-GJV-400 die Mikrostruktur und das Ermüdungsverhalten ungekerbter und gekerbter Proben detailliert zu charakterisieren. Hierzu werden die plastischen Dehnungsamplitude εa,p, die Temperaturänderung ΔT und die elektrische Widerstandsänderung ΔR erfasst und in Wechselverformungskurven aufgetragen. Die experimentell ermittelten Daten dienen als Eingangsgrößen für die am Lehrstuhl für Werkstoffkunde der TU Kaiserslautern entwickelte physikalisch basierte Lebensdauerberechnungsmethode „PHYBAL“. Im 3. Jahr sollen unter einstufigen und betriebsnahen Beanspruchungen die o. g. physikalischen Messgrößen erfasst und die lastspielzahl- und beanspruchungsabhängige Veränderung der Mikrostruktur unter Einschluss der Veränderung der Verteilung von Mikroporen und Mikrolunkern elektronenmikroskopisch untersucht werden. Zur Berücksichtigung der für Gusswerkstoffe charakteristischen Lebensdauerstreuung wurde im ersten Förderungsabschnitt eine auf Gusseisenwerkstoffe angepasste Modifikation des Lebensdauerberechnungskonzeptes „PHYBAL“ erarbeitet. Diese ermöglicht die Berechnung von Wöhlerkurven für unterschiedliche Überlebenswahrscheinlichkeiten. Im beantragten Förderungszeitraum soll dieses Verfahren, das bisher nur für den ENGJL- 250 bei ungekerbten Proben überprüft wurde, auch auf die gekerbten Proben des EN-GJL-250 sowie auf ungekerbte und gekerbte Proben des EN-GJS-600 und EN-GJV-400 angewendet werden.