Zyklisches Kriechen

Zusammenfassung

Für das Ermüdungsverhalten metallischer Werkstoffe während der anrissfreien Phase (vgl. V63) sind strukturelle Veränderungen typisch, die sich innerhalb des Probenvolumens als Folge plastischer Verformungsvorgänge ausbilden. Sie lassen sich pauschal an Hand der während der einzelnen Schwingspiele auftretenden Spannungs-Dehnungs-Zusammenhänge (Hysteresisschleifen) beurteilen (vgl. V59). Werden spannungskontrollierte Ermüdungsversuche (σ_a=const.) mit konstanter Mittelspannung σ_m durchgeführt, so können ähnliche Hysteresisschleifen auftreten wie in Bild 60-1. Als Kenngrößen einer solchen Hysteresisschleife sind die Mitteldehnung ε_m sowie die totale und die plastische Dehnungsamplitude ε_{a, t} und ε_{a, p} anzusehen. Während der Schwingbeanspruchung tritt in Abhängigkeit von der Schwingspielzahl N eine Änderung der plastischen Dehnungsamplitude ε_{a, p} und damit – bei konstant gehaltenem Mittelspannungswert – eine Änderung der Breite der Hysteresisschleife auf. Wird ε_{a, p} über lgN aufgetragen, so ergibt sich die für die gewählte σ_a,σ_m-Kombination gültige Wechselverformungskurve. Daneben können während der mittelspannungsbeaufschlagten Schwingbeanspruchung entweder durch zyklische Erwärmung oder durch gerichtete plastische Deformationsprozesse Mitteldehnungsänderungen auftreten. Der zuletzt angesprochene Prozess wird zyklisches Kriechen (Ratcheting) genannt. Der grundsätzliche Befund wird durch Bild 60-2 belegt. Dort ist im linken Teilbild für 42CrMo4 im normalgeglühten Zustand die Wechselverformungskurve aufgezeichnet, die sich bei einer Mittelspannung σ_m=20 MPa und einer Spannungsamplitude σ_a=295 MPa ergibt. Im unteren Teilbild ist die Mitteldehnung aufgetragen, die die Probe während der Schwingbeanspruchung erfährt. Nach 3·10₄ Schwingspielen hat sich unter den vorliegenden Bedingungen die Probe um etwa 0,6 % verlängert. Die untere Streckgrenze des untersuchten Werkstoffzustandes lag bei ~ 345 MPa.