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Was ist die Anrisspielzahl?
In dehnungsgeregelten Versuchen stellt nicht der Bruch, sondern der zuvor auftretende Anriss das Versagenskriterium dar
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Was sind Spannungskontrollierte und was Totaldehnungskontrollierte Versuche?
Spannungskontrollierte Versuche: Bestimmung der plastischen Dehungsamplitude bzw. der Totaldehnungsamplitude über der Schwingspielzahl σa = const.
Totaldehnungskontrollierte Versuche: Bestimmung der Spannungsamplitude und der plastischen Dehnungsamplitude über der Schwingspielzahl εa,t = const.
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Nenne einige Einflussparameter auf die Dauerfestigkeit!
- Werkstoff und Festigkeit
- Beanspruchungsart, auch Eigenspannungen
- Proben- bzw. Bauteilgröße
- Konstruktive Gestaltung (Kerbwirkung)
- Fertigung (Oberflächenzustand, -qualität)
- Temperatur
- Umgebung – Medium
- Mittelspannung
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Wie wirken sich Zugfestigkeit, Beanspruchungsart, Probengröße und Geometrie auf die Wöhlerlinie aus?
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Wie wirken sich Oberflächenrauhtiefe, Korrosion, Temperatur und Mittelspannung auf die Wöhlerlinie aus?
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Welchen Einfluss hat der Werkstoff auf die Dauerfestigkeit?
- Reinheitsgrad:
- Hoher Reinheitsgrad => bessere Werkstoffeigenschaften
- Verunreinigungen, nichtmetallische Einschlüsse
- innere Kerben
- bessere Reinheit durch Vakuumschmelzen, Vakuumgießen oder Elektro-Schlacke-Umschmelzen
- Korngröße:
- Geringe Korngröße => bessere Werkstoffeigenschaften
- Festigkeitssteigernder Mechanismus durch Korngrenzenverfestigung
- Herstellungsart und Verformungszustand (gegossen, geschmiedet, warm- oder kaltgewalzt)
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Welchen Einfluss hat die Beanspruchungsart auf die Wechselfestigkeit?
- σbW > σzdW > τtW
σbW: Biegewechselfestigkeit - σzdW: Zug-Druck-Wechselfestigkeit
- τtW: Torsionswechselfestigkeit
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Was ist die Stützwirkung?
Welche Faustformel gilt?
Die „Stützwirkung“ resultiert aus der Vorstellung, dass eine gewisse Unterstützung von dem umgebenden, weniger hoch beanspruchten Werkstoff ausgeht
Je größer das Spannungsgefälle χ*, umso größer ist die „Stützwirkung“
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Wovon ist das Spannungsgefälle χ*abhängig?
- Beanspruchungsart
- Geometrie (Form, Größe, Kerben)
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Welche drei Arten des Größeneinflusses werden nach Kloos unterschieden?
- technologischer Größeneinfluss
- statistischer Größeneinfluss
- oberflächentechnischer Größeneinfluss
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Was ist technologischer Größeneinfluss?
- 1. Durchmesser-Abhängigkeit der Randfestigkeit bzw. -härte bei Vergütungsstählen
- mit zunehmendem Durchmesser D oder Bauteildicke verringert sich die Randhärte und Durchvergütbarkeit, d.h. Innenhärte
- => geringere σD2. Graphit-Form bei Eisen-Graphit-Werkstoffen
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Was ist der statistische Größeneinfluss?
Mit zunehmender Probengröße erhöhte Wahrscheinlichkeit eines Bruchausgangs von statistisch verteilten Fehlern
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Was ist der oberflächentechnische Größeneinfluss?
- Verlagerung des Anrisses unter die Oberfläche durch Randhärtesteigerung
- => Schwingfestigkeitsgewinn
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Welchen Einfluss haben Kerben auf die Wöhlerlinie?
Was ist die Kerbwirkungszahl?
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Wovon ist die Kerbwirkungszahl abhängig?
- Zugfestigkeit/ Verformungsfähigkeit Rm, A, Z
- Spannungsgefälle im Kerbgrund, d.h.
- -Geometrie αk=Kt
- -Proben-/ Bauteilgröße
- -Beanspruchungsart (Biegung, Zug/Druck, Torsion)
- Werkstoffzustand in der Randzone
- Oberfläche z.B. Rautiefe
- Mittelspannung
- Temperatur
- Korrosion
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Nenne Zusammenhang zw. Einfluss der Formzahl und Festigkeit auf Zug-Druck-Wechselfestigkeit!
- Mit zunehmender Zugfestigkeit Rm steigt σW bei Kt=1,0 annähernd proportional
- Bei scharf gekerbten Proben verringert sich der Einfluss der Zugfestigkeit Rm auf σW
- Der Abfall von σW von Kt=1 auf Kt=2,5 ist höher als von Kt=2,5 auf Kt=5,2
- => Ursache ist der Spannungsgradient (-gefälle) im Kerbbereich, der mit zunehmender Formzahl zunimmt
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Was beschreibt die dynamische Stützziffer?
Wie wird sie berechnet?
- Werkstoffeinfluss (Festigkeit, Verformungsfähigkeit, Randschichtzone) wird durch die dynamische Stützziffer ηχ beschrieben
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Wovon ist die dynamische Stützziffer abhängig?
- bezogenes Spannungsgefälle χ* im Kerbgrund und damit von Kerbform, Bauteilgröße und Beanspruchungsart
- Gleitschichtdicke sg: bestimmte Schichtdicke, über der die versagenskritische Spannung erreicht werden muss (Prozesszone) und damit von χ*
- sg ≈ mittlerer Korndurchmesser, d.h. nχ ist auch werkstoffabhängig
- Festigkeit und Verformungsfähigkeit bestimmen Gleitschichtdicke sg
- bei bekanntem χ* kann ηχ bestimmt werden
- Hochfeste Werkstoffe mit weniger Verformungsreserve, z.B. Federstähle,haben kleine Stützziffern ηχ , d. h. sie sind bei Schwingbelastung stark kerbempfindlich
- Niedrigfeste und verformungsfähige Werkstoffe haben eine hohe dynamische Stützwirkung und sind somit wenig kerbempfindlich
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Nenne den Einfluss der Randschichtverfestigungsverfahren auf Schwingfestigkeit!
Welche Randschichtverfestigungsverfahren kennst du (3)?
- Erzeugung von verfestigten Oberflächen (höhere Rm~σD) und Druckeigenspannungen (verringern die σm)
- mechanisch: Kugelstrahlen, Festwalzen
- thermisch: induktive Randschichthärtung
- thermochemisch: Nitrieren, Einsatzhärten
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Nenne den Einfluss von Eigenspannungen auf die Schwingfestigkeit!
- Wirkung: mehrachsig, statisch, wie Mittelspannung (σm)
- Mittelspannungsverschiebung:
- Druck-Eigenspannungen: positive Wirkung bei äußerer Zugbelastung
- Zug-Eigenspannungen: negative Wirkung bei äußerer Zugbelastung
- Überlagerung von Last- und Eigenspannungen
- => örtliches Festigkeitskonzept
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Stelle den Korrosionseinfluss auf die Schwingfestigkeit durch einen Vergleich der Medien Luft, Wasser, NaOH dar!
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Welchen Einfluss hat die Mittelspannung auf die Schwingfestigkeit? (Diagramm)
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Beschreibe den Einfluss der Mittelspannung auf die Schwingfestigkeit!
Wodurch beschrieben?
- dauerfest ertragbare Schwingamplitude wird durch Zugmittelspannungen verringert und durch Druckmittelspannungen erhöht
- Mittelspannungsempfindlichkeit M: Zusammenhang ertragbare Spannungsamplitude/ Mittelspannung
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Wie sieht die vereinfachte Darstellung des Dauerfestigkeitsschaubildes (DFS) nach Haigh für zähe Werkstoffe bei Normal- und Schubspannung aus?
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Wie sieht die vereinfachte Darstellung des Dauerfestigkeitsschaubildes
(DFS) nach Haigh für spröde Werkstoffe bei Normal- und Schubspannung aus?
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Wie sehen die vereinfachten Dauerfestigkeitsschaubilder (DFS) nach Smith für spröde und duktile Werkstoffe unter Normal- und Schubspannung aus?
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Was ermöglichen die Dauerfestigkeitsschaubilder nach Smith und Haigh?
- Darstellung des Mittelspannungseinflusses auf die Dauerfestigkeit (ggf. auch auf die Zeitfestigkeit)
- => aus Versuchen, die bei einer σm (R-Verhältnis) ermittelt wurden, kann auf andere Dauer- bzw. Zeitfestigkeiten mit anderen σm extrapoliert werden
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Nenne Vorteile des Smith-Diagramms!
- Anschauliche Zuordnung von Spannungsamplitude und Mittelspannung
- Einfache waagerechte Abgrenzung der Oberspannung gegen Fließen
- Zug- und Druckschwellfestigkeit erscheinen direkt als Schwingbreiten
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Nenne Vorteile des Haigh-Diagramms!
- Einfache Beschreibung der Grenzlinie
- Einfache Eintragung von Spannungsverhältnissen
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Nenne vier Kategorien von Maßnahmen zur Erhöhung der Schwingfestigkeit von Bauteilen
- 1. Konstruktive Maßnahmen
- 2. Werkstofftechnische Maßnahmen
- 3. Fertigungstechnische Maßnahmen
- 4. Betriebliche Beeinflussung
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Nenne Konstruktive Maßnahmen zur Erhöhung der Schwingfestigkeit!
Minimierung αk, Formgebung, Entlastungskerben
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Nenne Werkstofftechnische Maßnahmen zur Erhöhung der Schwingfestigkeit!
- Erhöhung der Festigkeit durch Vergütungsbehandlung
- Reinheitsgradverbesserung
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Nenne Fertigungstechnische Maßnahmen zur Erhöhung der Schwingfestigkeit!
- Verringerung der Rauhtiefe
- Einbringen von Druckeigenspannungen
- Erhöhung der Randschichtfestigkeit durch
- -mechanische Verfahren: Festwalzen, Kugelstrahlen
- -thermische Verfahren: induktive Randschichtbehandlung
- -thermochemische Verfahren: Einsatzhärten, Nitrieren
- Vermeiden von Zugeigenspannungen bei äußerer Zugbelastung
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Nenne Betriebliche Beeinflussungen zur Erhöhung der Schwingfestigkeit!
- Verringerung der Beanspruchung (Mittelspannung, Spannungsspitzen)
- Vermeidung von Korrosion
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Nenne einen Rechnerischen Nachweis für Maschinenbauteile!
Wann wird er angewendet?
- FKM-Richtlinie (Forschungskuratorium Maschinenbau)
- Diese Richtlinie gilt für den Maschinenbau und verwandte Bereiche der Industrie für Bauteile
- aus Eisenwerkstoffen (Stahl, Guss) und Aluminium
- auch bei erhöhten Temperaturen (nicht im Kriechbereich)
- auch für geschweißte Bauteile
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Wofür ermöglicht die FKM-Richtlinie einen rechnerischen Nachweis?
- statische Festigkeit
- Ermüdungsfestigkeit (Dauer- oder Betriebsfestigkeitsnachweis)
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