Kurzfassung
Der vorliegende Beitrag stellt die Ergebnisse umfangreicher Schwingfestigkeitsuntersuchungen unter Umlaufbiegebeanspruchung zur Ermittlung der kritischen Einschlussgrößen in unterschiedlichen, hochfesten Stählen vor. Sämtliche Ermüdungsrisse gingen von nichtmetallischen Einschlüssen aus, deren Größe, Form und Lage vermessen und anschließend statistisch ausgewertet wurden. Eine ergänzende Bestimmung des Reinheitsgrades über Gefügeschliffe, wie sie derzeit im Qualitätssicherungsprozess von Stählen Anwendung findet, führte zu einer signifikanten Unterschätzung der Einschlussgrößen und erwies sich als unzureichende Methode zur Beurteilung relevanter Schwingfestigkeitskennwerte. Abschließend wird unter Einbeziehung bruchmechanischer Überlegungen ein Verfahren zur Festlegung zulässiger Bemessungskennwerte in Abhängigkeit vom größten Einschluss im Werkstoffvolumen angegeben. Hierzu wird ein Sicherheitsbeiwert auf Basis des statistischen Größeneinflusses abgeleitet und der Einfluss der Streuung innerer Fehlstellen auf die Ausfallwahrscheinlichkeit von Bauteilen betrachtet. Durch das vorgestellte Prüf- und Bewertungsverfahren können sowohl Festigkeitspotenziale im Werkstoff besser ausgenutzt als auch das Ausfallrisiko durch optimierte Qualitätsprüfung minimiert werden.
KurzfassungIm Auslegungsprozess von Zylinderköpfen spielt die Bewertung der thermomechanischen Ermüdung eine wesentliche Rolle. Der IABG- Zylinderkopfprüfstand basiert auf einer innovativen Methode, die eine Beurteilung und Optimierung von Zylinderköpfen hinsichtlich thermomechanischer Ermüdung bereits in einem sehr frühen Entwicklungsstadium erlaubt. Durch die im Vergleich zu konventionellen Prüfmethoden deutlich kürzeren Versuchszeiten bietet der Prüfstand die Möglichkeit, die Entwicklungszeiten neuer Zylinderkopfkonzepte bei gleichzeitiger Reduzierung der Versuchskosten erheblich zu verkürzen. Der offene Aufbau des Prüfstandes ermöglicht zudem erstmals eine In-situ-Detektion des Anrisses sowie eine Verfolgung des Rissfortschrittes im Brennraumdach. Der vorliegende Artikel stellt das Prüfkonzept und die Ergebnisse eines Variantenvergleichs von konstruktiv identischen Zylinderköpfen mit unterschiedlichen Aluminium-Gusslegierungen vor.
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