Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse auf zulässige HCF-Bemessungskennwerte*

Abstract

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.

Thermomechanical Fatigue of Lost Foam Cast Al–Si Cylinder Heads—Assessment of Crack Origin Based on the Evaluation of Pore Distribution

“…For these reasons, the sum of the projected areas Aproj of discontiguous single pores at the crack origins detected by SEM and μCT (Figure 7a) is used as the projected area Aproj,sum of the crack origin. All available projected areas Aproj,sum are plotted in the probability plot of the logit distribution ( Figure 12) [17]. The equation for the logit distribution is: For the statistical evaluation of the characteristic parameters, the exponential distribution is used [14] because of the presence of many small pores and less and less larger pores regarding the size of d Feret,max and A proj .…”

“…For these reasons, the sum of the projected areas A proj of discontiguous single pores at the crack origins detected by SEM and µCT (Figure 7a) is used as the projected area A proj,sum of the crack origin. All available projected areas A proj,sum are plotted in the probability plot of the logit distribution ( Figure 12) [17]. The equation for the logit distribution is:…”

“…Charkaluk et al [16] determined a lifetime probability density function from a probability density function of defects using a growth law. Rödling et al [17] investigated the influence of critical non-metallic inclusions in high-strength steels on HCF design properties by means of statistics of extremes. Regarding an aluminum alloy, doubling the initial defect diameter causes an approximate 30% decrease in run-out stress [18].…”

“…Regarding an aluminum alloy, doubling the initial defect diameter causes an approximate 30% decrease in run-out stress [18]. These studies [17,18] underlie the recognition that, when defects become the fracture origin, crack initiation occurs at the largest defect or the critical combination of defects within the volume [9].…”