Zyklisches Kriechen

Für das Ermüdungsverhalten metallischer Werkstoffe während der anrissfreien Phase (vgl. V63) sind strukturelle Veränderungen typisch, die sich innerhalb des Probenvolumens als Folge plastischer Verformungsvorgänge ausbilden. Sie lassen sich pauschal an Hand der während der einzelnen Schwingspiele auftretenden Spannungs-Dehnungs-Zusammenhänge (Hysteresisschleifen) beurteilen (vgl. V59). Werden spannungskontrollierte Ermüdungsversuche (σ

a

=const.) mit konstanter Mittelspannung σ

m

durchgeführt, so können ähnliche Hysteresisschleifen auftreten wie in Bild 60-1. Als Kenngrößen einer solchen Hysteresisschleife sind die Mitteldehnung ε

m

sowie die totale und die plastische Dehnungsamplitude ε

a, t

und ε

a, p

anzusehen. Während der Schwingbeanspruchung tritt in Abhängigkeit von der Schwingspielzahl

N

eine Änderung der plastischen Dehnungsamplitude ε

a, p

und damit – bei konstant gehaltenem Mittelspannungswert – eine Änderung der Breite der Hysteresisschleife auf. Wird ε

a, p

über lg

N

aufgetragen, so ergibt sich die für die gewählte σ

a

,σ

m-

Kombination gültige Wechselverformungskurve. Daneben können während der mittelspannungsbeaufschlagten Schwingbeanspruchung entweder durch zyklische Erwärmung oder durch gerichtete plastische Deformationsprozesse Mitteldehnungsänderungen auftreten. Der zuletzt angesprochene Prozess wird zyklisches Kriechen (Ratcheting) genannt. Der grundsätzliche Befund wird durch Bild 60-2 belegt. Dort ist im linken Teilbild für 42CrMo4 im normalgeglühten Zustand die Wechselverformungskurve aufgezeichnet, die sich bei einer Mittelspannung σ

m

=20 MPa und einer Spannungsamplitude σ

a

=295 MPa ergibt. Im unteren Teilbild ist die Mitteldehnung aufgetragen, die die Probe während der Schwingbeanspruchung erfährt. Nach 3·10

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Schwingspielen hat sich unter den vorliegenden Bedingungen die Probe um etwa 0,6 % verlängert. Die untere Streckgrenze des untersuchten Werkstoffzustandes lag bei ~ 345 MPa.