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Schwingfestigkeitsbewertung von Sinterstählen in Abhängigkeit von Dichte, Mittelspannung und hochbelastetem Volumen

Fatigue Strength Assessment of Sintered Steels as Depending on Density, Mean Stress and Highly Loaded Volume

  • Pulvermetallurgie — Forschung und Technik
  • Published:
Keramische Zeitschrift

Kurzfassung

Wenn man annimmt, dass poröse Sinterstähle unter schwingender Beanspruchung durch Anrissbildung an großen Poren in hochbeanspruchten Werkstoffpartien versagen, lässt sich die Weibullsche Fehlstellenstatistik für Volumenfehler anwenden. Unter dieser Prämisse wurden in zwei abgeschlossenen Forschungsvorhaben (AVIF A253 und AVIF A270) Proben und Bauteile aus zwei höherfesten Sinterstählen untersucht. Variiert wurden Probengröße und -geometrie, Art der Beanspruchung (Torsions-, Flachbiege- und Axialbelastung), Dichte und Spannungsverhältnis R. Die Vielzahl an Versuchsergebnissen erlaubte eine umfassende mathematische Beschrei-bung der Schwingfestigkeit von Proben bei konstanter Amplitude und Spannungsverhältnissen zwischen R = −5 und R = 0,5. Die Auswertung der Probenergebnisse wurde anschließend ohne jede Änderung auf Bauteile angewandt. Die Genauigkeit, mit der die Schwingfestigkeit von Bauteilen vorhergesagt wurde, war sehr zufriedenstellend. Eine Schlüsselstellung nimmt bei dieser Methode das so genannte hochbelastete Volumen in der Umgebung lokaler Spannungsspitzen ein. Mit dem hochbelasteten Volumen werden die Effekte von äußeren, geometrischen Kerben, Belastungsart und Proben- oder Bauteilgröße zu einem einzigen Zahlenwert zusammengefasst.

Abstract

Assuming that porous sintered steels fail under cyclic loading by crack initiation from larger pores in highly loaded material zones, Weibull’s weakest link statistics for volume defects can be applied. With this premise, specimens and structural parts from two higher strength sintered steels were studied in two recently finished research projects (AVIF A253 and AVIF A270). The parameters investigated were specimen size and geometry loading mode (torsion, plane bending and axial loading), density and stress ratio R. The wealth of experimental results permitted a comprehensive mathematical description of the fatigue performance under constant ampli-tude loading of specimens at stress ratios between R = −5 and R = 0.5. The evaluation of the specimen results was subsequently applied to the fatigue strength of structural parts without any amendments. The precision, with which the fatigue performance of parts could be predicted, was very satisfactory. Applying this method, a key position is assigned to the socalled highly loaded volume surrounding local stress peaks. With the highly loaded volume the effects of external geometrical notches, loading mode and specimen or part size are contracted in a single numerial figure.

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Authors and Affiliations

  1. RWTH Aachen — IWM, Augustinerbach 4, D-52062, Aachen, Deutschland

    S. Keusemann, M. Hajeck, C. Broeckmann, P. Beiss, K. Lipp, T. Melz & J. Baumgartner

Authors
  1. S. Keusemann
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  2. M. Hajeck
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  3. C. Broeckmann
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  4. P. Beiss
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  5. K. Lipp
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  6. T. Melz
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  7. J. Baumgartner
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Corresponding author

Correspondence to P. Beiss.

Additional information

Nach dem Studium des Maschinenbaus, Fachrichtung Fertigungstechnik, an der RWTH Aachen, promovierte Univ.-Prof. Dr.-Ing. Paul Beiss mit einer Arbeit über das Strangpressen von Kupfer am dortigen Institut für Werkstoffkunde. 1979 ging er in die pulvermetallurgische Formteilindustrie, wo er bis 1994 verschiedene Positionen in mehreren Werken der seinerzeitigen Krebsöge-Gruppe bekleidete. 1994 folgte er einem Ruf auf den Lehrstuhl für Werkstoffkunde der RWTH Aachen, den er bis zu seiner Pensionierung im Jahr 2010 innehatte.

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Keusemann, S., Hajeck, M., Broeckmann, C. et al. Schwingfestigkeitsbewertung von Sinterstählen in Abhängigkeit von Dichte, Mittelspannung und hochbelastetem Volumen. Keram. Z. 67, 387–398 (2015). https://doi.org/10.1007/BF03400397

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