Ermüdungsversuch im Labor
Möchten Sie Ihre Werkstoffe mit einem Materialermüdungsversuch charakterisieren?
Was ist die Ermüdung eines Werkstoffs?
Die Werkstoffermüdung bezeichnet das Phänomen der fortschreitenden Schädigung und schließlich des Bruchs eines Werkstoffs unter dem Einfluss wiederholter Belastungen, die in der Regel unter der maximalen Last liegen, die der Werkstoff bei einmaliger Beanspruchung tragen kann.
Dieser Ermüdungsprozess ist besonders relevant für Werkstoffe, die in Strukturen oder Bauteilen eingesetzt werden, die im normalen Betrieb wiederholten Lastzyklen ausgesetzt sind, wie etwa in der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie.
Was ist ein Ermüdungsversuch?
Ein Materialermüdungsversuch, auch Dauerfestigkeitsversuch genannt, ist ein im Labor durchgeführtes Verfahren, bei dem die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs unter wiederholten Belastungen geprüft wird.
Dieser mechanische Test dient dazu zu verstehen, wie sich ein Werkstoff verhält, wenn er einer dauerhaften Beanspruchung ausgesetzt ist, die ihn im Laufe der Zeit schädigen kann. Diese Ermüdungsversuche werden durchgeführt, indem dem Werkstoff wiederholte Spannungen auferlegt werden, um Lastzyklen zu simulieren, wie sie unter realen Bedingungen auftreten.
Warum die Dauerfestigkeit Ihrer Werkstoffe untersuchen?
Auch wenn die bei einem herkömmlichen dynamometrischen Versuch wie Zug-, Kerbschlag- oder Biegeversuch ermittelten Kennwerte die mechanischen Eigenschaften eines Werkstoffs beurteilen lassen, reichen sie nicht aus, um sein Verhalten bei wiederholten Belastungszyklen zu kennen.
Wenn ein Bauteil oder eine Struktur zyklischen Belastungen ausgesetzt ist (in der Regel Millionen von Zyklen, wie in der Luftfahrtindustrie (Fahrwerk) oder im Schienenverkehr (Räder, Drehgestelle)), kann es unter diesen wiederholten Beanspruchungen brechen, selbst wenn diese weit unter der maximalen Last oder der Elastizitätsgrenze liegen. Der Zweck von Ermüdungs- und Dauerfestigkeitsprüfungen besteht darin, die Dauerfestigkeit des Werkstoffs und damit seine Qualität zu bewerten.
Diese Form der „beschleunigten Alterung“ ermöglicht es, Folgendes zu:
die Lebensdauer des Produkts und den Lebenszyklus besser verstehen
die Lebensdauer des Produkts und den Lebenszyklus besser verstehen
eine passende Garantiezeit festlegen
eine passende Garantiezeit festlegen
einen Plan für vorbeugende Wartung erstellen
einen Plan für vorbeugende Wartung erstellen
Verschleißbereiche, Bruchstellen und mechanische Schwachstellen hervorheben
Verschleißbereiche, Bruchstellen und mechanische Schwachstellen hervorheben
All dies ermöglicht es, Konstruktionsverbesserungen in Betracht zu ziehen, um die Robustheit und Zuverlässigkeit des Produkts zu erhöhen.
Werkstoffe, die einem Ermüdungsversuch unterzogen werden
Zu den verschiedenen Werkstoffarten, die diesen Prüfungen unterzogen werden, gehören: Metalle, Verbundwerkstoffe, Polymere…
Insbesondere die Branchen der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie nutzen Ermüdungsversuche, um die mechanischen Eigenschaften eines Werkstoffs oder einer Struktur zu bestimmen und so ihre Zuverlässigkeit und Haltbarkeit unter realen, wiederholten Einsatzbedingungen sicherzustellen.
Das Labor FILAB unterstützt Sie bei der Durchführung von Materialermüdungsversuchen
Warum FILAB für die Untersuchung der Dauerfestigkeit Ihrer Werkstoffe wählen?
Mit umfangreicher Erfahrung in der Durchführung dieser Art von Prüfungen unterstützt FILAB Sie bei Ihren Anforderungen an die Dauerfestigkeitscharakterisierung Ihrer Werkstoffe.
Unsere Leistungen im Bereich Materialermüdungsprüfungen
Das Prinzip dieser Prüfungen ist relativ einfach, da es darin besteht, die während der gesamten Betriebsdauer des Bauteils auftretenden mechanischen Belastungen zyklisch nachzubilden. Unter dem Begriff Materialermüdungsprüfungen zusammengefasst, zählen dazu insbesondere die folgenden gängigen Verfahren:
Unsere ergänzenden Dienstleistungen zur Schadensanalyse
Das FILAB-Labor verfügt über Expertise in der Schadensanalyse und Schadensuntersuchung. Entdecken Sie unsere verschiedenen Leistungen:
Untersuchungen und Bruchanalyse sowie Rissanalyse
Mehr erfahren
Unsere FAQ
Wenn Sie Produkte oder Bauteile entwickeln, möchten Sie, dass sie widerstandsfähig und langlebig sind. Deshalb ist es wichtig, die Dauerfestigkeit Ihrer Werkstoffe zu prüfen. Im Labor setzen wir verschiedene Methoden ein, um die Beständigkeit eines Werkstoffs zu bestimmen, etwa Ermüdung, Bruch und Spannung.
Die Untersuchung der Bruchflächen, die durch Ermüdungsversuche entstehen, stellt ebenfalls eine wichtige Informationsquelle dar, da sich damit die Anzahl der aufgebrachten Ermüdungszyklen bestimmen lässt. So kann die Anzahl der Ermüdungszyklen bis zum Auftreten der Rissbildung ermittelt werden. Diese Bruchflächenuntersuchungen werden mittels Rasterelektronenmikroskopie mit Mikrosonde (REM-EDX) durchgeführt.
Ermüdungsversuche und Dauerfestigkeitsversuche sind zwei Methoden, die zur Prüfung der Werkstoffbeständigkeit im Labor eingesetzt werden, unterscheiden sich jedoch in ihren Zielen und Verfahren.
Ermüdungsversuche zielen darauf ab, die Beständigkeit eines Werkstoffs gegenüber wiederholten zyklischen Belastungen zu bewerten, die so lange aufgebracht werden, bis Risse entstehen oder der Werkstoff bricht. Dadurch lässt sich seine Lebensdauer in Zyklen messen. Dies hilft beim Erstellen von Wöhlerkurven, die den Zusammenhang zwischen Spannungsamplitude und Lebensdauer des Werkstoffs zeigen.
Dauerfestigkeitsversuche hingegen prüfen die Fähigkeit eines Werkstoffs, eine konstante Belastung über einen langen Zeitraum ohne Versagen zu tragen. Eine konstante Last wird aufgebracht, und die Zeit gemessen, die der Werkstoff bis zum Bruch standhält. So lässt sich die Dauerfestigkeitsgrenze bestimmen, also die maximale Spannung, die ein Werkstoff unbegrenzt ohne Versagen aushalten kann.
Für die Industrie ermöglicht die Erkennung von Werkstoffermüdung, Ausfälle zu verhindern und die Sicherheit sowie Zuverlässigkeit der Produkte zu gewährleisten.
Die Ermüdung beginnt oft mit der Bildung von Rissen an Stellen, an denen sich Spannungen konzentrieren. Diese Risse können sich dann unter wiederholten Lastzyklen schrittweise ausbreiten. Die Umgebung kann die Werkstoffermüdung beeinflussen. So können beispielsweise korrosive Bedingungen oder extreme Temperaturen die Rissausbreitung beschleunigen.
Zur Bewertung der Ermüdungsbeständigkeit eines Werkstoffs werden spezielle Versuche durchgeführt, bei denen Proben wiederholten Lastzyklen ausgesetzt werden, bis ein Bruch eintritt. Nach dem Bruch kann eine fraktografische Analyse der Oberfläche Muster aufzeigen, die den Schadensmechanismus präzisieren.
