WBF Kapitel 6.txt

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Author:
danielschppln
ID:
282472
Filename:
WBF Kapitel 6.txt
Updated:
2014-09-09 08:36:59
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WBF
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WBF Lernkarten
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  1. Was ist Schwingfestigkeit?
    Beanspruchbarkeit von Bauteilen bei zeitlich wechselnder (zyklischer Beanspruchung)
  2. Was ist eine Wöhler-Linie?
    charakterisiert das Schwingfestigkeitsverhalten bei zyklischer Beanspruchung mit konstanter Amplitude
  3. Was ist das? Benenne!
    • Wöhler-Kennlinie
  4. Wie wird die zeitfestigkeit unterteilt?
    • Kurzzeitfestigkeit
    • Zeitfestigkeit
    • Dauerfestigkeit
    • Betriebsfestigkeit
  5. Welche Beanspruchungsabläufe werden unterschieden?
    • Konstante Beanspruchungsabläufe:
    • z.B. einstufige, sinusförmige Abläufe mit konstanter Amplitude und Mittelspannung
    • Schwingfestigkeitsverhalten als Wöhlerlinie darstellbar

    • Variable Beanspruchungsabläufe:
    • Betriebsbeanspruchung
    • Betriebsfestigkeitsverhalten als Gaßnerlinie darstellbar
  6. Was ist ein Einstufenversuch?
    • regelmäßiger Spannungs-Zeit-Verlauf
  7. Benenne und gib R an!
    • 1: R>1, druck schwellend
    • 2: R = -∞, rein druck schwellend
    • 3: R = -1, rein wechselnd
    • 4: R = 0, rein Zug schwellend
    • 5: R >0, zug schwellend
  8. Fülle aus!
  9. Fülle aus!
  10. Was ist Ermüdung?
    Bezeichnung für alle bei Schwingbeanspruchung im Werkstoff ablaufenden Schädigungsvorgänge
  11. Aus welchen 4 Phasen besteht der Ermüdungsprozess?
    • 1. anrissfreie Phase
    • 2. Rissbildungsphase => technischer Anriss
    • 3. stabile Rissausbreitung
    • 4. Bruch
  12. Wovon ist der Anteil der Phasen des Ermüdungsprozesses an der Gesamtlebensdauer abhängig?
    • Werkstoff
    • Werkstoffzustand
    • Beanspruchung
    • Bauteilgröße
    • Bauteilform
  13. Beschreibe die Rissbildungsphase!
    • Versetzungsbewegungen
    • Ausbildung bestimmter Versetzungsanordnungen
    • Beim Übergang zur Mikrorissbildung verlagern sich die ermüdungsrelevanten Verformungsprozesse in die oberflächennahen Werkstoffbereiche
    • => persistente Gleitbänder an der Oberfläche
    • => Bildung von Extrusionen und Intrusionen
  14. Erkläre die Mikrorissbildung!
    • Verformung in Gleitbändern → stark zerklüftete Werkstoffbereiche mit Intrusionen und Extrusionen (Mikrokerben)
    • Anrisse bei kleinen Beanspruchungsamplituden bevorzugt an Ermüdungsgleitbändern
    • Anrisse bei großen Beanspruchungsamplituden häufig an den Korngrenzen
    • Die Phase der Anrissbildung endet definitionsgemäß mit einem technischen Anriss (ca. 0,5 mm), der bei einer Inspektion erkennbar ist.
  15. Was ist die stabile Rissfortschrittsphase?
    Risswachstum mit jedem Schwingspiel bis zum Erreichen eines kritischen Querschnittes
  16. Was ist der Restgewaltbruch?
    • (instabiler Rissfortschritt)
    • Überschreiten der Restfestigkeit des verbleibenden Querschnitts durch die wirkende Beanspruchung
  17. Welche Möglichkeiten zur Wöhlerlinien-Ermittlung gibt es?
    • Experimentelle Ermittlung: sehr aufwendig, für jede Bauteilmodifikation neue Versuche
    • Synthetische Wöhlerlinien: Berechnung aus bekannten Werkstoffkennwerten etc.
  18. Wie werden Wöhlerlinien experimentell ermittelt?
    • Für jede Beanspruchung und jede Frequenz wird ein neuer Versuch mit neuer Probe gemacht und Schwingspielzahl ermittelt
    • σm=const. oder R=const.
  19. Was sind normierte Wöhlerlinien?
    • -zusammenfassende Auswertung für in Literatur vorkommenden Kennlinen von Bauteilen ähnlicher Struktur
    • -verallgemeinerungsfähige Beschreibung von Wöhlerlinien
    • -ein einziger Kennwert reicht um Schwingfestigkeit der Versuchsreihe zu bestimmen

    Schwingfestigkeitseigenschaften aller Schweißverbindungen aus gleichartigem Material bei einer Auftragung im doppellogarithmischen Netz durch ein Wöhlerlinien-Streuband mit einheitlicher Neigung und Streubreite beschreibbar
  20. Woraus lassen sich synthetische Wöhlerlinen erstellen?
    Aus der Kenntnis von Zugfestigkeit, Dehngrenze, Wechselfestigkeit, Knickschwingspielzahl und Neigungsexponent der Zeitfestigkeitsgeraden lassen sich Wöhlerlinien berechnen bzw. abschätzen
  21. Wie sehen Wöhlerlinientyp 1 und Wöhlerlinientyp 2 aus?
  22. Was sind krz-Werkstoffe für ein Wöhlerlinientyp?
    Warum?
    • Wöhlerlinientyp 1
    • ertragen Dauerfestigkeitsamplitude beliebig oft ohne Bruch
  23. Welcher Wöhlerlinentyp sind hexagonale und kfz-Werkstoffe?
    Warum?
    • Wöhlerlinientyp II
    • ertragbare Spannungsamplitude nimmt kontinuierlich ab
    • Definition der Dauerfestigkeit über eine technisch sinnvoll definierte Grenzschwingspielzahl
  24. Nenne Stoffe mit Wöhlerlinientyp I!
    krz-Werkstoffe
  25. Nenne Stoffe mit Wöhlerlinientyp II!
    • Werkstoffe mit kfz-Gitter
    • Werkstoff mit krz-Gitter unter korrosiven Medien oder erhöhter Temperatur
  26. Was ist Dauerfestigkeit?
    Spannungsamplitude σD, die in Abhängigkeit einer konstanten Mittelspannung σm oder eines konstanten Spannungsverhältnisses R bis mindestens zur Grenzschwingspielzahl ND ertragen werden kann
  27. Was ist die Grenzschwingspielzahl ND?
    Abknickpunkt der Wöhlerlinie (bei Stählen typischerweise zwischen 2· 106 ... 107 Schwingspielen)
  28. Welche Anrissbildung liegt vor?
    (Wöhlerline Typ 2)
    • 1: Anrissbildung an der Oberfläche
    • 2: Anrissbildung an oder unter der Oberfläche
  29. Warum führen wiederholte Beanspruchungsvorgänge bei niedrigerer Beanspruchung zum Versagen als quasistatische Vorgänge?
    örtliche plastische Verformungen während jedes einzelnen Schwingspiels
  30. Was ist für einen Schwingbruch charakteristisch?
    Tritt nicht als Folge einer einmaligen Überlastung auf, sondern im Verlauf der Lebensdauer unter wechselnde Beanspruchung
  31. Deute!
    • Die gestrichelten Geraden zeigen Verläufe der rein elastischen bzw. rein plastischen Dehnungsamplituden
    • Dehnungswöhlerlinie = Summe aus beiden
    • => im Kurzzeit- bzw. Zeitfestigkeitsbereich (LCF) ist plastische Dehnungsamplitude bestimmend
    • => im HCF-Bereich ist rein elastische Dehnungsamplitude bestimmend
  32. Wie sieht eine Spannungs-Dehnungs-Hysterese aus?
    Gib wichtige Werte an!
    • σa Spannungsamplitude
    • σm Mittelspannung
    • εa Dehnungsamplitude
    • εe elastische Dehnung
    • εp plastische Dehnung
    • εt totale Dehnung
    • 2·σa bzw. 2·εa Schwingbreite oder Doppelamplitude der Spannung bzw. Dehnung
    • Indizes: p plastisch, t total
  33. Wie sieht die Zyklische-Spannungs-Dehnungs-Kurve aus?
  34. Was ist die Anrisspielzahl?
    In dehnungsgeregelten Versuchen stellt nicht der Bruch, sondern der zuvor auftretende Anriss das Versagenskriterium dar
  35. 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.
  36. 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
  37. Wie wirken sich Zugfestigkeit, Beanspruchungsart, Probengröße und Geometrie auf die Wöhlerlinie aus?
  38. Wie wirken sich Oberflächenrauhtiefe, Korrosion, Temperatur und Mittelspannung auf die Wöhlerlinie aus?
  39. 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)
  40. Welchen Einfluss hat die Beanspruchungsart auf die Wechselfestigkeit?
    • σbW > σzdW > τtW
    • σbW: Biegewechselfestigkeit
    • σzdW: Zug-Druck-Wechselfestigkeit
    • τtW: Torsionswechselfestigkeit
  41. 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“
  42. Wovon ist das Spannungsgefälle χ*abhängig?
    • Beanspruchungsart
    • Geometrie (Form, Größe, Kerben)

  43. Welche drei Arten des Größeneinflusses werden nach Kloos unterschieden?
    • technologischer Größeneinfluss
    • statistischer Größeneinfluss
    • oberflächentechnischer Größeneinfluss
  44. 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 σD
    • 2. Graphit-Form bei Eisen-Graphit-Werkstoffen
  45. Was ist der statistische Größeneinfluss?
    Mit zunehmender Probengröße erhöhte Wahrscheinlichkeit eines Bruchausgangs von statistisch verteilten Fehlern
  46. Was ist der oberflächentechnische Größeneinfluss?
    • Verlagerung des Anrisses unter die Oberfläche durch Randhärtesteigerung
    • => Schwingfestigkeitsgewinn
  47. Welchen Einfluss haben Kerben auf die Wöhlerlinie?
    Was ist die Kerbwirkungszahl?
  48. 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
  49. 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
  50. Was beschreibt die dynamische Stützziffer?
    Wie wird sie berechnet?
    • Werkstoffeinfluss (Festigkeit, Verformungsfähigkeit, Randschichtzone) wird durch die dynamische Stützziffer ηχ beschrieben
  51. 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. 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
  52. Nenne den Einfluss der Randschichtverfestigungsverfahren auf Schwingfestigkeit!
    Welche Randschichtverfestigungsverfahren kennst du (3)?
    • Erzeugung von verfestigten Oberflächen (höhere RmD) und Druckeigenspannungen (verringern die σm)
    • mechanisch: Kugelstrahlen, Festwalzen
    • thermisch: induktive Randschichthärtung
    • thermochemisch: Nitrieren, Einsatzhärten
  53. 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
  54. Stelle den Korrosionseinfluss auf die Schwingfestigkeit durch einen Vergleich der Medien Luft, Wasser, NaOH dar!
  55. Welchen Einfluss hat die Mittelspannung auf die Schwingfestigkeit? (Diagramm)
  56. 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
  57. Wie sieht die vereinfachte Darstellung des Dauerfestigkeitsschaubildes (DFS) nach Haigh für zähe Werkstoffe bei Normal- und Schubspannung aus?
  58. Wie sieht die vereinfachte Darstellung des Dauerfestigkeitsschaubildes
    (DFS) nach Haigh für spröde Werkstoffe bei Normal- und Schubspannung aus?
  59. Wie sehen die vereinfachten Dauerfestigkeitsschaubilder (DFS) nach Smith für spröde und duktile Werkstoffe unter Normal- und Schubspannung aus?
  60. 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
  61. 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
  62. Nenne Vorteile des Haigh-Diagramms!
    • Einfache Beschreibung der Grenzlinie
    • Einfache Eintragung von Spannungsverhältnissen
  63. Nenne vier Kategorien von Maßnahmen zur Erhöhung der Schwingfestigkeit von Bauteilen
    • 1. Konstruktive Maßnahmen
    • 2. Werkstofftechnische Maßnahmen
    • 3. Fertigungstechnische Maßnahmen
    • 4. Betriebliche Beeinflussung
  64. Nenne Konstruktive Maßnahmen zur Erhöhung der Schwingfestigkeit!
    Minimierung αk, Formgebung, Entlastungskerben
  65. Nenne Werkstofftechnische Maßnahmen zur Erhöhung der Schwingfestigkeit!
    • Erhöhung der Festigkeit durch Vergütungsbehandlung
    • Reinheitsgradverbesserung
  66. 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
  67. Nenne Betriebliche Beeinflussungen zur Erhöhung der Schwingfestigkeit!
    • Verringerung der Beanspruchung (Mittelspannung, Spannungsspitzen)
    • Vermeidung von Korrosion
  68. 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
  69. Wofür ermöglicht die FKM-Richtlinie einen rechnerischen Nachweis?
    • statische Festigkeit
    • Ermüdungsfestigkeit (Dauer- oder Betriebsfestigkeitsnachweis)

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