Hochschule Esslingen
Bei der betriebsfesten Auslegung von Bauteilen wird der Oberflächenfeingestalt und dem Randschichtzustand besondere Bedeutung zugeschrieben, da der Schwingungsriss meist von der Oberfläche ausgeht. Spannungsüberhöhungen durch Oberflächenrauheiten sowie, Eigenspannungen durch den Fertigungsprozess und Randschichteffekte sind hierbei ausschlaggebend für die Rissintaliisierung.
Nach dem Stand der Technik wird der Oberflächen- und Randschichteinfluss als unabhängig von der Beanspruchungshöhe und der Schwingspielanzahl angesehen. Im linear-elastischen Bereich ist dies bei makroskopischer Betrachtung korrekt. Mikroskopisch kommt es hingegen z.B. bei polierten Proben unter zyklischer Belastung durch Aktivierung von Gleitbändern zu einer Aufrauhung der Oberfläche. Versuche im LCF-Bereich zeigen, dass eine Änderung des Kanteneinflusses in Abhängigkeit von der Höhe der plastischen Dehnung vorhanden ist. Bei Elektrobändern zeigt sich, dass Versuche an ungekerbten Proben im HCF- Bereich nicht ohne plastische Verformungen möglich sind.
Ebenfalls zeigt sich, dass mit einer Zunahme der Lastamplitude der Einfluss des Kantenzustands abnimmt. Bei lasergeschnittenen Proben kann hierbei eine Änderung des Ortes der Risseinleitung beobachtet werden. Mit zunehmender Lastamplitude steigt die Wahrscheinlichkeit einer Rissinitiierung an der Walzoberfläche. Es wird davon ausgegangen, dass die plastische Verformung die Kerbeffekte der Laserkante abbaut. Auf Grund des geringen Kohlenstoffgehalts von Elektroband, ist keine Aufhärtung der Randschicht durch das Laserschneiden vorhanden.
Bei schergeschnittenen Proben hängt der Rissausgangsort ebenfalls von der Beanspruchungshöhe ab. Im unteren Zeitfestigkeitsbereich geht der Schwingungsriss vom Glattschnittanteil der Kante aus. Da der Bruchanteil der Kante eine deutlich höhere Rauheit besitzt, kann dieser Befund nicht über die Rauheit erklärt werden. Mit zunehmender plastischer Verformung tritt eine Häufung von Rissen ausgehend vom Bruchanteil der Kante ein. Es wird davon ausgegangen, dass sich durch die plastische Verformung der Scherschnittkante, zwei Bereiche der Festigkeit und der Duktilität in der Probe einstellen. Bei geringeren Beanspruchung bestimmt die Festigkeit der Bruchausgangstelle. Bei Belastungen mit dominant plastischer Verformung ist das Verformungsvermögen der Bereiche ausschlaggebend. Für eine rechnerische Lebensdauerabschätzung ist daher der Kanteneinfluss in Abhängigkeit der Beanspruchungshöhe zu berücksichtigen.
Abstract
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