Entwicklung eines Kurzzeitprüfverfahrens zur Charakterisierung des Dauerschwingverhaltens von Bauteilen unter Einsatz der Infrarot-Thermographie

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Im Rahmen des vorliegenden Projekts wird das Ziel verfolgt, ein neuartiges Verfahren zur Ermittlung des Dauerschwingverhaltens individueller Bauteile zu entwickeln. Es basiert auf der Aufnahme von Wärmebildserien im Verlauf einer wenige Schwingspiele umfassenden zyklischen Testbeanspruchung und deren Auswertung. Ein solches Verfahren eröffnet die Möglichkeit, durch eine 100-%-Prüfung alle ausfallgefährdeten Teile einer Serie zu identifizieren. Insbesondere im Fall sicherheitsrelevanter Bauteile, bei denen maximal Ausfallwahrscheinlichkeiten im Promille-Bereich tolerierbar sind, würde es einen großen Fortschritt bedeuten. Bei der Entwicklung des Verfahrens wird von der Tatsache ausgegangen, dass die Rate der plastischen Verformung und die daraus resultierende Wärmefreisetzung als Funktion der Höhe der zyklischen Beanspruchung eine starke Änderung erfährt, wenn das Niveau der Dauerschwingfestigkeit durchlaufen wird. Dieser bekannte und zur Messung der Dauerschwingfestigkeit von Werkstoffen bereits vorgeschlagene Effekt soll in modifizierter Form genutzt werden, indem die Ratenänderung nicht integral sondern ortsaufgelöst gemessen und bewertet wird. Die Auswertung der Wärmebildserien zielt deshalb darauf ab, innerhalb des Messfelds Bereiche plastischer Verformung bzw. Wärmefreisetzung zu identifizieren. Hierzu sollen zwei unterschiedliche Methoden getestet werden. Bei der ersten Methode wird der Temperatur-Zeit- Verlauf ortsabhängig zur global gemessenen Spannung und Dehnung in Beziehung gesetzt, um anhand der Phasendifferenz, des Klirrfaktors und anderer Größen die lokalen Temperaturveränderungen, die durch eine plastische Verformung verursacht werden, von Temperaturveränderungen zu separieren, die auf den thermo-elastischen Effekt zurückgehen. Bei der zweiten Methode wird unter Verwendung eines Bildkorrelationsalgorithmus die Ortsverteilung der Rate von Temperatur und Dehnung im Messfeld berechnet. Zur Umsetzung dieses Konzepts müssen geeignete Bedingungen für die zyklische Testbeanspruchung ermittelt (Amplitude, Schwingspielzahl, Frequenz), ein geeigneter Versuchsaufbau erstellt und das vorhandene Programm zur Auswertung der Wärmebildpaare um mehrere zu erstellende Module erweitert werden. Auf dieser Basis werden dann zyklische Testbeanspruchungen durchgeführt und ausgewertet. Schließlich sind zyklische Langzeitbelastungen der getesteten Prüflinge bis zur Grenzschwingspielzahl bzw. bis zum Bruch sowie metallographische Untersuchungen in verschiedenen Stadien erforderlich, um die bei der Auswertung getroffene Einstufung in Gut- bzw. Schlechtteile zu verifizieren. Bei den hier beantragten Arbeiten steht die Entwicklung einer geeigneten Messtechnik, weniger das Lebensdauerverhalten bestimmter Werkstoffe im Vordergrund.