Statistischer und technologischer Größeneinfluss auf die Schwingfestigkeit von Gusseisen mit Lamellengraphit

Gusseisen mit Lamellengraphit findet vor allem Anwendung in Bauteilen wie Zylinderkurbelgehäusen, Getriebegehäusen, Bremsscheiben und Maschinenbetten. Viele dieser Bauteile werden zyklisch belastet. Um die Auslegung von Bauteilen aus Gusseisen mit Lamellengraphit zu optimieren, ist daher eine genaue Kenntnis der Ermüdungsmechanismen notwendig. In der vorliegenden Arbeit wurde der Schwerpunkt auf die Quantifizierung des statistischen und des technologischen Größeneinflusses gelegt. Der statistische Größeneinfluss beschreibt den Zusammenhang zwischen Beanspruchbarkeit und belastetem Werkstoffvolumen. Der technologische Größeneinfluss beschreibt den Zusammenhang zwischen Gefüge und Beanspruchbarkeit. Zur Quantifizierung des statistischen Größeneinflusses wurden mehrere Wöhlerlinien an Proben unterschiedlicher Geometrie ermittelt. Das belastete Werkstoffvolumen wurde über das Konzept des hoch belasteten Volumens sowie des Spannungsintegrals bestimmt und anschließend mit den ermittelten Schwingfestigkeiten korreliert. Zur Quantifizierung des technologischen Größeneinflusses wurden mehrere Wöhlerlinien an Proben mit unterschiedlicher Graphitlamellenausprägung ermittelt. Die Defektverteilung wurde mit Hilfe metallographischer Schliffen charakterisiert und über eine Verteilungsfunktion statistisch beschrieben. Die Parameter der Defektverteilung wurden mit den experimentell ermittelten Schwingfestigkeiten korreliert. Über einen bruchmechanischen Ansatz wurde ein Modell entwickelt, welches den technologischen und statistischen Größeneinfluss kombiniert und so eine Vorhersage der zyklischen Festigkeit in Abhängigkeit des höchst belasteten Volumens und der Defektverteilung erlaubt.