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Vortrag

Ermüdungsverhalten des metastabilen austenitischen Stahls AISI 347 bei Raumtemperatur und 300 °C im VHCF-Bereich

Tuesday (03.12.2019)
14:20 - 14:40 Uhr

Für eine große Anzahl an Werkstoffen belegten Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten in den vergangenen Jahren, dass die von August Wöhler definierte konventionelle Dauerfestigkeit im High Cycle Fatigue (HCF) Bereich nicht existiert und stattdessen ein weiterer Abfall der Ermüdungsfestigkeit im Very High Cycle Fatigue (VHCF) Bereich ab 10^8 Lastwechsel auftritt.

In dieser Arbeit wurden einstufige Ermüdungsversuche im VHCF-Bereich an Proben des metastabilen austenitischen Stahl AISI 347 (X6CrNiNb1810) bei Raumtemperatur und T = 300 °C mit einem Spannungsverhältnis von R = -1 durchgeführt. Zur Realisierung ultrahoher Lastspielzahlen in einer akzeptablen Zeit wurde ein Ultraschallermüdungsprüfsystem mit einer Versuchsfrequenz von f = 20 kHz eingesetzt. Hierzu muss die Probengeometrie auf die Eigenfrequenz der Versuchseinrichtung bei den entsprechenden Versuchstemperaturen ausgelegt werden, sodass das Gesamtsystem in Resonanz und stehender Welle schwingt. In metastabilen austenitischen Stählen führt die auftretende verformungsinduzierte Phasentransformation von γ-Austenit in den α‘-Martensit zu einer Änderung des Schwingungsverhaltens des Werkstoffes, was eine sukzessive Anpassung der Regel- und Steuerungsparameter während des Ermüdungsvorgangs zwingend erfordert.

Die Ergebnisse aus den Ermüdungsversuchen bei Raumtemperatur zeigen kein Probenversagen im VHCF-Bereich. Bei einer Spannungsamplitude von σ_a = 250 MPa treten sowohl Probenbrüche im HCF-Bereich bei N_B = 3,75·10^6 als auch das Erreichen der Grenzlastspielzahl von 2·10^9 im VHCF-Bereich auf. Dabei weisen diese Proben signifikant höhere α‘-Martensitanteile (ξ = 1,6 - 2,4 FE-% / Feritscope-Messung) auf im Vergleich zu Proben, welche bei N < 10^7 versagten (ξ < 0,85 FE-%). Erste Ermüdungsversuche bei T = 300 °C mit σ_a > 170 MPa zeigen ein Probenversagen im HCF-Bereich. Die Lebensdauer der Proben korreliert mit den Ergebnissen aus Ermüdungsversuchen auf einem servohydraulischen Hochfrequenz-Prüfsystem (f = 980 Hz) am gleichen Werkstoff. Weitere Ermüdungsversuche mittels Ultraschallermüdungsprüfsystem bei T = 300 °C bis 2·10^9 Lastwechsel zur Überprüfung der echten Dauerfestigkeit sind Gegenstand der aktuellen Arbeiten. Hierbei gilt es, den Aspekt der α‘-Martensitbildung bei erhöhter Temperatur im VHCF-Bereich zu erforschen.

 

Sprecher/Referent:
Tobias Daniel
TU Kaiserslautern
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Marek Smaga
    TU Kaiserslautern
  • Prof. Dr. Tilmann Beck
    TU Kaiserslautern