CD-Labor für Defekttoleranz von Stählen im Bereich hoher und sehr hoher Belastungszyklen

Im Rahmen dieses CD-Labors werden die Einflüsse von Defekten auf die zyklische Festigkeit von Stählen erforscht. Die Ergebnisse sollen zu einem grundlegenden Verständnis der Ermüdungsmechanismen im Bereich hoher und sehr hoher Lastspielzahlen beitragen und damit die Vorhersage und Verlängerung der Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Bauteilen ermöglichen.

Die Entwicklung von Stählen mit immer höheren Festigkeiten erschließt neue Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz durch Gewichtsreduktion. Die Erhöhung der statischen Festigkeit geht jedoch meist mit einer Verminderung der Defekttoleranz unter zyklischer Beanspruchung einher. Als Konsequenz können unter wechselnder Belastung selbst kleinste Defekte zur Bildung von Ermüdungsrissen und zum Versagen führen. Defekte können niemals vollständig vermieden werden und treten sowohl inhärent (z.B. nichtmetallische Einschlüsse, Materialinhomogenitäten, Poren) als auch fertigungs- oder anwendungsbedingt (z.B. Oberflächenrauheit und -schäden, Korrosionslöcher) auf. Daher ist ein umfassendes Verständnis der Defekttoleranz für die sichere Auslegung von zyklisch belasteten Komponenten von größter Bedeutung und ermöglicht die Konstruktion und den Einsatz langlebiger und energieeffizienter Bauteile. Damit kann ein wesentlicher Beitrag zur nachhaltigen Nutzung von Ressourcen und zur Sicherung einer wettbewerbsfähigen Wirtschaft geleistet werden.

Das Forschungskonzept konzentriert sich auf die Untersuchung der Ermüdungseigenschaften von hochfesten Stählen. Neben der Charakterisierung der Defekttoleranz sollen die Einflüsse der Oberflächenbehandlung, des Schweißens und des Umgebungsmediums auf die zyklische Festigkeit untersucht werden. Der Einsatz innovativer Prüfmethoden, wie dem Ultraschall-Ermüdungsprüfverfahren, ermöglicht die zeiteffiziente Durchführung umfangreicher Versuchsreihen als Grundlage für die Simulation relevanter Betriebsbedingungen. Mit Hilfe der experimentell ermittelten Daten werden physikalisch basierte Modelle zur Vorhersage der Ermüdungsfestigkeit entwickelt. Ziel ist es, auf Basis der im CD-Labor gewonnenen Erkenntnisse wettbewerbsfähige, ressourcen- und kosteneffiziente Komponenten zu entwickeln.