Ermüdungsprüfung bewertet die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs gegen zyklische Belastung – kritisch für Komponenten, die wiederholtem Stress ausgesetzt sind (Flugzeuge, Brücken, Motoren, Implantate).
Standard-Testverfahren (gemäß ASTM E466, E606, ISO 1099 usw.)
- Probenvorbereitung: Standardgeometrie (Sanduhr, flach, zylindrisch), Oberflächenbeschaffenheit (poliert, geritzt für Bruchmechanik), Wärmebehandlung entsprechend Dienstzustand.
- Maschinenauswahl:
- Axial (Zug-Druck): servo-hydraulisch oder elektromagnetisch.
- Rotierende Beugung: R.R. Moore, Krouse.
- Torsional: für wellenähnliche Komponenten.
- Thermo-mechanisch: Umweltkammern.
- Belastungsparameter:
- Spannungsverhältnis R = σ_min/σ_max (R = -1 vollständig umgekehrt; R = 0.1 Zug-Zug).
- Amplitude, Mittelspannung, Frequenz (typischerweise 10–100 Hz; höher → Erwärmung).
- Wellenform: Sinus, Rechteck, Block, Spektrum (Dienstbelastungshistorie).
- Aufbau & Ausrichtung: Präzisionsgrips, Dehnungsmesser/Dehnmessstreifen, Temperaturüberwachung. Fehlausrichtung → Beugung → ungültige Daten.
- Datenerfassung: Last, Verlagerung/Dehnung, Zyklen, Temperatur (hochrate DAQ).
- Ausführung: Bis zum Bruch (Fraktur) oder Run-out (z. B. 10⁷ Zyklen). Auto-Stopp bei Fraktur/Dehnungsabfall.
- Analyse:
- S-N-Kurve (Wöhler-Kurve): Spannungsamplitude vs. log Zyklen bis zum Bruch.
- Ermüdungsgrenze (Endurance-Grenze) – falls Plateau existiert (eisenhaltige Werkstoffe).
- Ermüdungsfestigkeit bei N Zyklen.
- Risswachstumsrate (da/dN) vs. ΔK (Bruchmechanik).
- Fraktographie (SEM): Ursprung, Fortpflanzung, Endbruch.
- Berichterstattung: Werkstoff, Wärmebehandlung, Geometrie, Oberfläche, Umgebung, R, Frequenz, Temperatur, N_f, S-N-Plot, statistische Verteilung (Weibull).
Kritische Faktoren
- Oberflächenbeschaffenheit (Rauheit ↓ Lebensdauer).
- Restspannung (Strahlpeening ↑ Lebensdauer).
- Temperatur, Korrosion, Fratzenkorrosion.
- Mehrachsige Belastung (kritische Ebenen-Ansätze).
Standards-Konformität gewährleistet Reproduzierbarkeit. Ergebnisse informieren Sicherheitsfaktoren, Inspektionsintervalle und Lebensdauervorhersagemodelle.
