Dauerbruch

Allgemein

(Schwingbruch). Unter Dauerbeanspruchung entstandene Werkstofftrennung. Die Dauerfestigkeit glatter, ungekerbter Proben liegt größenordnungsmäßig im Vergleich zum statischen Zugversuch knapp unter der Elastizitätsgrenze, bei deren Überschreitung mikroplastische Verformungen einsetzen, weil nur überwiegend elastische Wechselverformungen unendlich oft ertragen werden. Sobald die Belastungshöhe bzw. die plastischen Verformungen ein zulässiges Maß überschreiten, entstehen Werkstoffschädigungen, die zum Schwingbruch führen. Der Schwingbruch entsteht an freien Oberflächen des Werkstoffes, beispielsweise an innen liegenden Bohrungen oder an Grenzflächen mit Gussfehlern in drei Stadien.

Stadium I: Die Anrissbildung entsteht in einer äußerst dünnen Oberflächenschicht durch Materialverschiebung (Extrusion und Intrusion) in den durch die plastischen Wechselverformungen gebildeten Gleitbändern. Die 45° geneigten Stadium-I-Risse erfassen nur einige Kornlagen und sind daher nur am Rasterelektronenmikroskop bei hoher Vergrößerung erkennbar. Ihre Ausbildung ist stark material- und belastungsabhängig. Die Anrissbildung im Stadium I kann sich über einen hohen Anteil der gesamten Lebensdauer erstrecken, das eigentliche Rißwachstum erfolgt im Stadium II.

Stadium II: Nach der Risseinleitung im Stadium I breitet sich der Riss mit jedem Lastwechsel über plastische Verformung und Abgleiten durch die Spannungskonzentration an der Rissspitze weiter aus. Dabei sind Verformungen im Restquerschnitt noch elastisch. Der Rissfortschritt bei jedem Lastwechsel wird an der Bruchfläche durch Streifenmuster markiert, die al Schwingungsstreifen
bezeichnet werden.

Stadium III: Das Endstadium des Schwingbruches. Mit zunehmendem Rissfortschritt und Querschnittsschwächung wird die Spannung an der Rissspitze immer höher, das Risswachstum beschleunigt sich und führt ähnlich wie bei hoher statischer Beanspruchung zu schrittweisem Waben- oder Spaltbruch. Der Restbruch erfolgt dann plötzlich, je nach Werkstoff und Belastungszustand, zäh oder spröde.

Die Einleitung des Schwingbruches erfolgt bei Belastungshöhen im Übergangsbereich von elastischen zu plastischen Verformungen. Dadurch werden Schwingungsbrüche bevorzugt an Stellen mit örtlich erhöhter Belastung durch lokale Spannungserhöhung (Kerben, Nute, Oberflächenrauhigkeit, Gussfehler, Schlackeneinschlüsse und Oberflächenschäden) ausgelöst.

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