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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter May 2, 2013

Zur Berechnung der Dauerfestigkeit von nitrierten Teilen aus Stahl

Teil 2: Ermittlung und Berechnung der Dauerfestigkeiten

  • H. Bomas , R. Kienzler , I. Ott , M. Schleicher and R. Schröder

Kurzfassung

Für die dauerfeste Dimensionierung von nitrierten Teilen gibt es heute keine allgemein anerkannten Regeln, nach denen aus der Dauerfestigkeit von Proben unter Berücksichtigung der Bauteileinflüsse, wie Größe, Geometrie, Belastungsart, Herstellungs-art, Oberfläche, Mittelspannung und Eigenspannung, die Bauteildauerfestigkeit abgeleitet werden kann. Da viele nitrierte Bauteile dauerfest ausgelegt werden, wurde in einem Forschungsvorhaben an Dimensionierungsrichtlinien gearbeitet, deren experimentelle Grundlage und Gestalt in dieser Veröffentlichung dargestellt werden. Im Rahmen des hier beschriebenen Projekts wurden experimentelle und rechnerische Untersuchungen zur Bestimmung der Dauerfestigkeit gasnitrierter glatter und gekerbter Proben aus dem Stahl 31CrMoV9 durchgeführt. Auf der experimentellen Seite wurden insgesamt 23 statistisch abgesicherte Dauerfestigkeiten ermittelt, wobei in der Regel im Bereich der Dauerfestigkeit 20 bis 30 Proben geprüft wurden. Folgende Belastungsvarianten wurden untersucht: Zug-Druck-Belastung, Zug-Schwell-Belastung, Uml;aufbiegung und Wechseltorsion. Neben der Belastungsart wurde der Randschichtzustand im Hinblick auf die Dicke und Zusammensetzung der Verbindungsschicht und der Rauheit variiert. Im Fall der ungekerbten Wechseltorsionsproben wurde zusätzlich die Nitrierdauer variiert, um den Einfluss unterschiedlich dicker Diffusionsschichten auf die Torsionswechselfestigkeit zu untersuchen. Zur Berechnung der Dauerfestigkeit wurde das Konzept der örtlichen Dauerfestigkeit nach Velten sowie ein erweitertes Fehlstellenmodell angewendet.

Abstract

There are no generally accepted rules for the calculation of the endurance limit of nitrided parts that take component properties as size, geometry, load condition, fabrication method, surface, mean stress and residual stress into account. Since many nitrided parts are designed for endurance, rules for dimensioning were developed in a research project and will be demonstrated in this publication. Experimental and theoretical investigations were conducted in order to determine the endurance limit of nitrided smooth and notched specimens from the steel 31CrMoV9. Altogether 23 endurance limits were measured, every one based on experiments on 20 to 30 specimens. The following loads were applied: Push-pull, repeated pull, rotary bending, and alternating torsion. As well as the load, the character of the surface layer was varied by changing the thickness and the composition of the compound layer and the roughness of the surface. In the case of the smooth specimens designed for alternating torsion, the nitriding time was varied in order to examine the influence of the thickness of the diffusion layer on the torsional endurance limit. For calculating the endurance limit the Velten model of local endurance limits and the weakest-link concept were applied.


Dr. rer. nat. Hubert Bomas, geb. 1947, studierte Physik an der Universität Münster. Heute leitet er die Abteilung Strukturmechanik an der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen.

Prof. Dr.-Ing. habil. Reinhold Kienzler, geb. 1950, studierte Bauingenieurwesen an der Technischen Hochschule Darmstadt. Heute leitet er das Fachgebiet Technische Mechanik – Strukturmechanik im Fachbereich Produktionstechnik an der Universität Bremen.

Dipl.-Ing. Ingrid Ott, geb. 1965, studierte Bauingenieurwesen an der Universität Hannover. Seit 2001 ist sie Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Fachgebiet Technische Mechanik – Strukturmechanik der Universität Bremen.

Dipl.-Ing. Matthias Schleicher, geb. 1967, studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe. Von 1995 bis 2002 war er Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen. Danach war er Mitarbeiter der Robert Bosch GmbH. Herr Schleicher starb am 3. Juni 2005.

Dipl.-Ing. Roland Schröder, geboren 1966, studierte Luft- und Raumfahrttechnik an der RWTH Aachen. Seit 1994 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet Technische Mechanik – Strukturmechanik der Universität Bremen.

Teil 1: Kenntnisstand zum Thema und Charakterisierung der untersuchten Proben. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung 60 (2005) 6, S. 331


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Erhalten: 2005-05
Online erschienen: 2013-05-02
Erschienen im Druck: 2006-02-01

© 2006, Carl Hanser Verlag, München

Downloaded on 29.3.2024 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.3139/105.100364/html
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