Einfluss oberflächennaher Gefügebestandteile und deren geometrischer Eigenschaften auf die Wechselfestigkeit

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Lampke; Dr.-Ing. Lisa Winter
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547640565

Viele Bauteile müssen in ihrem Lebenszyklus periodisch auftretende Lastwechsel ertragen. Von großem technischen und wirtschaftlichen Interesse sind dabei lange Einsatzdauern bei hohen ertragbaren Lasten. Für dieserart zyklisch belastete Bauteile ist die Auswahl von Werkstoffen und die Anpassung der geometrischen Gestaltung hinsichtlich hoher realisierbarer Schwingfestigkeiten nötig. Anwendungsfallbezogene, vorgegebene Mindestschwingspielzahlen müssen frei von Anrissen ertragen werden. Da die Bauteiloberfläche der bevorzugte Ort für eine Rissinitiierung unter High Cycle Fatigue (HCF) Belastung ist, beeinflussen die geometrischen und stofflichen Eigenschaften die zyklische Belastbarkeit und damit die Schwingfestigkeit entscheidend. Das bedeutet, dass neben der Festigkeit, Härte und der makroskopischen Oberflächentopographie auch die aus den Gefügebestandteilen resultierenden Kerbeffekte auf der Mikroskala einen Einfluss nehmen. Diese gefügebasierten Einflussfaktoren sind jedoch in ihrer Wirkungsweise auf die Schwingfestigkeit bisher nur unzureichend erforscht. Eine grundlegende und systematische Untersuchung ihres Einflusses auf die Schwingfestigkeit ist deshalb dringend erforderlich. Forschungshypothese des Vorhabens ist, dass neben der chemischen Zusammensetzung der Gefügebestandteile auch deren Form, Größe, Orientierung oder Verteilung und somit die geometrische Struktur der Gefügemerkmale die Schwingfestigkeit eines Bauteils signifikant beeinflussen. Dies bedeutet, dass alle als relevant identifizierten Gefügemerkmale bei der Auslegung eines Bauteils für verbesserte Einsatzeigenschaften mitberücksichtigt werden müssen. Ziel des Vorhabens ist es, mit Hilfe einer definierten Gestaltung oberflächennaher Gefüge deren Wirkbeziehungen mit den dort auftretenden mikroskaligen Kerbwirkungen und lokalen Eigenspannungszuständen sowie dem Anrissverhalten von Probekörpern unter zyklischer Beanspruchung zu verstehen. Am Beispiel der Umlaufbiegebelastung soll so der Einfluss des oberflächennahen Gefüges auf die Schwingfestigkeit nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ erfasst werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: 4-Punkt Umlaufbiegeprüfsystem