Fachbeiträge k = 9,8 30MnVS6+Ti 30MnVS6+Ti 18MnVS5 SchmiedeJOURNAL September 2013 41 Die Ergebnisse wurden sowohl an Proben als auch an einer Vielzahl von realen Bauteilen gewonnen und untereinander verglichen. Die aus diesen Ergebnissen ableitbare Übertragung der Werkstoffkennwerte auf das Bauteilverhalten unter den zu erwartenden Betriebsbelastungen stellt den Kern des Bemessungskonzepts dar. Hierfür wird der Einfluss der Kerbschärfe und der Oberflächenbeschaffenheit auf das Versagensverhalten ebenso einbezogen wie die zu ermittelnde rechnerische Schadenssumme zur Durchführung von Schadensakkumulationsrechnungen beziehungsweise rechnerischen Lebensdauerabschätzungen. Die Übertragung der ermittelten bruchmechanischen Kennwerte auf den Rissfortschritt im Bauteil stellt eine weitere Linie bei der Bestimmung der Übertragbarkeit der Ergebnisse von der Probe zum Bauteil dar. Das Rissfortschrittsverhalten realer Bauteile wird hierbei unter konstanten und variablen Amplituden ermittelt und mit bruchmechanischen Rissfortschrittsrechnungen verglichen. Das Bemessungskonzept umfasst somit die Definition der Betriebslasten für die gewählten Bauteile, die Übertragungsparameter zwischen Werkstoffprobe und Bauteil sowie eine abschließende statistische Absicherung der Ergebnisse im Hinblick auf die Ausfallwahrscheinlichkeit. Dieses Bemessungskonzept kann unter Kenntnis der geänderten Betriebslasten und einer experimentellen oder numerischen Spannungsanalyse auf weitere Bauteile aus AFP-Stählen angewendet werden. Schwingversuche an Bauteilen An beiden Komponenten wurden Biegeversuche sowohl unter Einstufenbelastung (Bild 2, linker Bereich: 2 Geraden mit k = 7,2) als auch unter variablen Lastamplituden (betriebsähnlich, Bild 2, rechter oberer Bereich mit k = 9,8) durchgeführt. Hierbei weist der 30MnVS6+Ti eine höhere Lebensdauer auf als der 18MnVS5, während die Festigkeitskennwerte des Vergütungsstahls oberhalb beider AFP-Stähle liegen. Es konnte gezeigt werden, dass bei einwandfreier Gefügeausbildung ein gutmütiges Risswachstumsverhalten vorliegt. Dieses Ergebnis entkräftet frühere gegenteilige Erkenntnisse, die der Verbreitung dieser Stähle bisher häufig entgegenstanden. Vermutlich resultierten solche Erkenntnisse aus Bauteilen mit abweichenden, nicht anforderungsgerechten Abkühlbedingungen und daraus folgenden unerwünschten Gefügeausbildungen (zum Beispiel Bainitanhäufungen). Ergebnisse der Dehnungsmessungen in den kritischen Bereichen der Bauteile konnten mit denen der Probenversuche und den FERechnungen in Relation gebracht werden. Schwingversuche an Proben Die folgenden bauteilgebundenen Werkstoffeigenschaften konnten anhand von aus den Bauteilen entnommenen Materialproben mit verschiedenen Kerbgeometrien ermittelt werden: • statische Werkstoffkennwerte und E-Modul, • Wöhler- und Gaßnerlinien an gekerbten und ungekerbten Proben, • Bruchzähigkeit, • statische bruchmechanische Kennwerte, • bruchmechanische Kennwerte bei zyklischer Belastung. Bild 1: Versuchsbauteile Nutzfahrzeug-Achsschenkel und Nutzfahrzeug-Lenkhebel. 1.000 k = 7,2 Spannungsamplitude MPa Schwingspiele 100 18MnVS5 Charge 3 EStV; 30MnVS6+Ti Charge 4 EStV; 18MnVS5 BY Charge 5 EStV; Vergütungss. Charge 3 var.; 30MnVS6+Ti Charge 4 var.; 18MnVS5 BY Charge 5 var.; Vergütungss. Anrisse erodierte LH 104 105 106 107 Bild 2: Diagramm aller Versuchsergebnisse der Lenkhebel.
2013-09-Schmiede-Journal
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