Vorhersage der Wechselfestigkeit von sprühkompaktierten, schwefellegierten Stählen auf Basis der Mangansulfidgrößenverteilung mit einem erweiterten Fehlstellenmodell

Aufgrund der Kosten und der Zeit, die für experimentelle Dauerfestigkeitsuntersuchungen aufgebracht werden müssen, sind geeignete Vorhersagemethoden für die Dauerfestigkeiten von Stählen von großem wirtschaftlichen Interesse. Basierend auf der Fehlstellentheorie wird in dieser Arbeit ein Modell zur Berechnung der Dauerfestigkeit von Proben und Bauteilen aus Stahl vorgestellt. Für beliebige inhomogene, mehrachsige Spannungszustände wird unter Berücksichtigung von Oberflächen- und Volumenversagen die Dauerfestigkeit ermittelt. Die Berechnung der Schwingfestigkeit des Volumens erfolgt über einen bruchmechanischen Ansatz und basiert auf der Einschlussgrößenverteilung in den Stählen. Zwei Methoden werden beschrieben, um die Einschlussgrößenverteilung in den Stählen, die an metallografischen Schliffen erfasst werden, mathematisch abzubilden. Neben der Einschlussgrößenverteilung werden die Härte, die Oberflächenrauheit und die Eigenspannungsverteilung im hoch beanspruchten Bereich der Proben und Bauteile für die Dauerfestigkeitsmodellierung benötigt.

Im experimentellen Teil dieser Arbeit wurden schwefellegierte Varianten der Stähle 20MnCr5, 42CrMo4 und 100Cr6 durch das Urformverfahren Sprühkompaktieren hergestellt. Im Anschluss an eine Warmumformung wurden Biegeproben aus diesen Stählen entnommen, einer Wärmebehandlung unterzogen und die Dauerfestigkeiten sowie die Versagensursachen parallel und senkrecht zur Walzrichtung ermittelt. Ein Vergleich der vorhergesagten mit den experimentell ermittelten Dauerfestigkeiten zeigt eine gute Vorhersagegenauigkeit des Modells.