Bauteiloberfläche und Schwingfestigkeit - Untersuchungen zum Einfluss der Randschicht auf die Dauerschwingfestigkeit von Bauteilen aus Stahl

摘要

For the development of structural components, the importance of calculating the fatigue strength has steadily increased during recent years. In order to save time and cost, efforts are in progress for limiting experimental strength testing to the release of safety components. The fatigue strength of smooth, polished material specimens (stress and strain S-N curve) can now be estimated with high accuracy, or can be obtained from the corresponding catalogs. However, the results of fatigue strength determinations on material specimens cannot be applied to real components without considerable difficulty, since a number of decisive parameters must be taken into account. These factors include the geometry and size, mean stress, type of load, multiaxiality, surface layer (surface topography, residual stresses, structure, hardness), temperature, corrosive media, etc. The effect of these parameters is complex, and a multiplication of the various decisive factors yields only a very rough description. The current state of the art in the catalog of technical rules on surface effects, such as the FKM guideline, "Computational Demonstration of Strength for Machine Components", is based on results which were obtained 50 years ago.%Die Berechnung der Schwingfestigkeit hat in den letzten Jahren für die Bauteilentwicklung an Bedeutung gewonnen. Aus Zeit- und Kostengründen wird angestrebt, den experimentellen Festigkeitsnachweis auf die Freigabe von Sicherheitsteilen zu beschränken. Die Schwingfestigkeit von glatten, polierten Werkstoffproben (Spannungs- und Dehnungswöhlerlinie) kann heute mit guter Treffsicherheit abgeschätzt bzw. entsprechenden Katalogen entnommen werden. Die Übertragbarkeit der Schwingfestigkeit von Werkstoffproben auf reale Bauteile ist jedoch mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, da eine Reihe von Einflussgrößen zu berücksichtigen sind wie Geometrie und Größe, Mittelspannung, Beanspruchungsart, Mehrachsigkeit, Randschicht (Oberflächentopographie, Eigenspannungen, Gefüge, Härte), Temperatur, korrosive Medien u.a.. Der Einfluss dieser Größen ist komplex und lässt sich nur sehr grob durch eine Multiplikation von Einflussfaktoren beschreiben. Der heutige Stand im Technischen Regelwerk zum Oberflächeneinfluss, z.B. FKM-Richtlinie „Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile", basiert auf einem Kenntnisstand, der 50 Jahre zurückliegt.