Pruefkonzept zur experimentellen Bestimmung des Ermuedungsverhaltens von einsatzgehaerteten Werkstoffzustaenden / Experimental method for characterization of fatigue behaviour of carburized layers

Fuer ein werkstoffmechanisches Dauerfestigkeitskonzept fuer einsatzgehaertete Bauteile sind experimentell abgesicherte Dauerfestigkeitswerte fuer die unterschiedlich aufgekohlten Werkstoffbereiche erforderlich. Bei den hier vorgestellten Untersuchungen wurden Rohrproben entwickelt, bei denen durch Niederdruckaufkohlen im Pruefquerschnitt vorausberechnete, homogene Kohlenstoffgehalte erzeugt wurden. Diese Werkstoffproben gestatten es, den Einfluss des Kohlenstoffgehaltes beziehungsweise der Haerte auf Dauerfestigkeit, Streuung und Mittelspannungsempfindlichkeit explizit experimentell zu ermitteln. Fuer die Ermuedungsversuche wurde an einen Innendruckpruefstand ein zweiter Druckuebersetzer zur Erzeugung von statischem Aussendruck adaptiert. Mit diesem Pruefkonzept kann das Spannungsverhaeltnis im Pruefquerschnitt der Rohrprobe frei eingestellt werden. Als Versuchswerkstoff wurde der Stahl 20MnCrB5 eingesetzt und Proben mit durch Aufkohlen erzeugten homogenen Kohlenstoffgehalten von 0,18 Prozent, 0,40 Prozent, 0,55 Prozent und 0,70 Prozent untersucht. Die Hauptbeanspruchungsrichtung in der druckbelasteten Probe ist senkrecht zur Hauptumformrichtung des Ausgangsmaterials (Stabstahl). Die ermittelten Dauerfestigkeiten zeigen keine Abhaengigkeit von der Haerte und sind massgeblich beeinflusst durch die Wirkung von grossen Einschluessen. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: Fatigue data of material states with different carbon contents are necessary for calculation of carburized parts. Experimental results on the correlation of local material structure and local endurance are not available. Up to now only carburized notched specimens and components have been investigated. In this investigation a new tube specimen with homogenous carbon content in the wall resulting from carburization process was developed. Carbon contents of 0.18 percent, 0.40 percent, 0.55 percent und 0.70 percent in the thin wall tube specimen have been tested. Specimens were loaded with cyclic internal and monotonic external pressures. A special test rig with two pressure intensifier is introduced. With the aid of the cyclic internal and constant external pressure the whole Haigh-diagram with ratios of pressure or stress up to R = 0.5 could be covered. Main load direction in the tube specimen is perpendicular to the steel rods axis. Results obtained for the used 20MnCrB5 steel grade show the same endurance limit for different carbon contents or hardness, respectively, and are significantly affected by big non-metallic inclusions. (A)