Ermüdung von Sinterstählen in Abhängigkeit vom hochbeanspruchten Volumen und Spannungsverhältnis

Die zyklische Belastung von metallischen Bauteilen ist seit langer Zeit Gegenstand der Forschung, da sich die entsprechenden Materialkennwerte nur unter großer Streuung bestimmen lassen und von einer Vielzahl von Faktoren abhängen. So beeinflussen nicht nur die Legierungszusammensetzung, die Wärmebehandlung, die Gefügestruktur, das Belastungsspektrum, die Belastungsgeschichte und -art, die Umgebungsatmosphäre und -temperatur, sondern auch das beanspruchte Werkstoffvolumen und das Spannungsverhältnis die Ermüdungsfestigkeit. Dem beanspruchten Werkstoffvolumen muss eine besondere Rolle zugeordnet werden, da technische Werkstoffe nie vollständig defektfrei sind und daher mit einem steigenden Volumen die Wahrscheinlichkeit, einen versagensauslösenden Defekt im beanspruchten Werkstoffvolumen zu erhalten, steigt. Dies wird als statistischer Größeneinfluss bezeichnet. Besonders signifikant ist dieser Einfluss für Werkstoffe, die eine große Defektmenge aufweisen wie beispielsweise Einschlüsse und Poren. Viele Bauteile kleiner bis mittlerer Größe mit großen Stückzahlen werden durch pulvermetallurgische Verfahren hergestellt. Bei den hier untersuchten pulvermetallurgisch hergestellten Stählen wird der Werkstoff aus der Schmelze zu einem Pulver verdüst und im Anschluss gepresst und gesintert. Erfolgen keine speziellen Verdichtungsverfahren, so wird dabei nie zu voller Dichte gesintert. Daher sind diese Werkstoffe immer porenbehaftet. Diese Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen des statistischen Größeneinflusses und des Spannungsverhältnisses auf die Ermüdungseigenschaften für pulvermetallurgisch hergestellte Proben und Bauteile aus Sinterstählen. Auf Basis der gewonnen Erkenntnisse wird dann eine Auslegungsmethodik vorgestellt.