Der Einfluss oberflächennaher Spannungsgradienten auf das Very High Cycle Fatigue Verhalten des Vergütungsstahls 42CrMo4

Diese Arbeit untersucht den Einfluss oberflächennaher Spannungsgradienten auf das VHCF-Verhalten eines höchstfesten Vergütungsstahls. Der Werkstoff 42CrMo4 wird unter rein wechselnder Zug-Druck-Beanspruchung bis zur Lastspielzahl von ? = 10^9 getestet. Die Variation der oberflächennahen Spannungsgradienten wird über umlaufende Rundkerben mit unterschiedlichen Kerbfaktoren und durch zwei mechanische Strahlverfahren erreicht. Ausgehend von glatten Proben wird die Spannungsüberhöhung an der Oberfläche durch Kerben mit ?_k = 1, 23 und ?_k = 1, 41 bis auf den Kerbfaktor ?_k = 1, 94 erhöht. Durch mechanische Strahlverfahren, einem konventionellen Makrostrahlverfahren und einem Mikrostrahlverfahren, werden Druckeigenspannungen in den oberflächennahen Bereichen der Proben erzeugt. Im Gegensatz zum Makrostrahlverfahren weist das Mikrostrahlverfahren sehr hohe Druckeigenspannungsbeträge auf, die jedoch nur geringe Eindringtiefen erreichen. Während Kerben den Ort des Ermüdungsversagens an der Oberfläche konzentrieren, bewirken Druckeigenspannungen eine Verlagerung des Rissinitiierungsortes unter die Oberfläche, weshalb auch die Kombination von Kerben und Strahlverfahren getestet wird. Es werden typische Bruchflächenmerkmale wie Fine Granular Area (FGA) und Fisheye beobachtet. Ebenso können gängige bruchmechanische Konzepte, wie das √area-Konzept von Murakami und Endo erfolgreich angewendet werden. Es wird eine Arbeitshypothese formuliert, nach der Zugeigenspannungen die Lebensdauer im VHCF-Bereich erhöhen. Durch eine verminderte Energiefreisetzungsrate am nichtmetallischen Einschluss werden mehr Belastungszyklen benötigt um eine FGA vollständig zu bilden und Langrisswachstum auszulösen. Versuche belegen die Hypothese und liefern ein physikalisches Prozessmodell.