Abstract
This paper aims to examine the connection between the material quality with regard to the size and spatial distribution of the defects and the size or position of the defects causing the fracture which determine the durability of components in the range of Very High Cycle Fatigue (VHCF). For this purpose, the quality of the metastable austenitic steel 1.4301 was characterized via metallographic examinations. Longitudinal and cross sections were taken from a sheet steel. Afterwards size and position of all defects were measured. The metallographic information acquired was used to create a statistical defect distribution model. On the basis of this model and the stress distribution in the most stressed area of the used fatigue samples, the distribution of size and position of the inclusions relevant for the fatigue failure could be predicted. The results of the modelling are in good agreement with the experimental observations regarding the positions of crack initiation on samples failing under VHCF circumstances.
Kurzfassung
Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Werkstoffqualität in Bezug auf die Größenverteilung und räumliche Verteilung der Defekte und der Größe bzw. Lage der bruchinitiierenden Defekte, welche die Lebensdauer von Bauteilen im Bereich sehr hoher Ermüdungszyklenzahlen (engl. VHCF) bestimmen. Zu diesem Zweck wurde die Qualität des metastabilen Austenitstahls 1.4301 anhand von metallographischen Untersuchungen charakterisiert. Dafür wurden Längs- und Querschliffe aus einem Stahlblech entnommen und die Größe und die Lage aller Defekte gemessen. Aufgrund der ermittelten metallographischen Informationen wurde ein statistisches Modell der Defektverteilung erstellt. Auf der Basis dieses Modells sowie der Spannungsverteilung im höchstbeanspruchten Bereich der verwendeten Ermüdungsproben konnte die Verteilung der Größe und der Lage der für das Ermüdungsversagen relevanten Einschlüsse vorhergesagt werden. Die Ergebnisse der Modellierung sind in guter Übereinstimmung mit den experimentellen Beobachtungen zu den Rissinitiierungsorten von Proben, die unter VHCF-Bedingungen versagten.
References / Literatur
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