Einfluß der Oberflächenbeschaffenheit auf die Dauerfestigkeit von Stahlguß

46 Pages·1965·1.437 MB·German

by  Fachausschuß Stahlguß im Verein Deutscher Gießereifachleute (auth.)

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr. 1552
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers
von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt
DK 669.141.25: 620.195: 620.172.251.226
Fachausschufl Stahlgufl
lm
Verein Deutscher Gieflereifachleute, Düsseldorf
EinfluB der Oberflächenbeschaffenheit
auf die Dauetfestigkeit van StahlguB
WESTDEUTSCHER VERLAG KÖLN UND OPLADEN 1965
ISBN 978-3-663-06255-4 ISBN 978-3-663-07168-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-07168-6
Verlags-Nr. 011552
© 1965 by Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen
Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag
Inhalt
1. Einleitung ..................................................... 7
1.1 Stand der Forschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Forschungsziel............................................. 7
2. Versuchsáurchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1 Versuchsschema............................................ 8
2.2 Oberflächenart der zu untersuchenden Probekörper ............. 8
2.3 Probenzahl ................................................ 9
2.4 Probeform ................................................ 9
2.5 Probeherstellung ........................................... 9
2.6 Art der Belastung .......................................... 9
3. Prüfungsumfang ................................................ 10
3.1 Dynamische Versuche ....................................... 10
3.2 Bestimmung der mechanischen Gütewerte ..................... 10
3.3 Bestimmung der chemischen Zusammensetzung ................ 11
4. Deutung der Versuchsergebnisse .................................. 12
4.1 Zug- und Faltversuche ...................................... 12
4.2 Schlagbiegeversuche........................................ 12
4.3 Biegeschwellversuche ....................................... 12
4.31 Theoretische Grundlagen .................................... 12
4.4 Ermittlung der Dauerfestigkeit ............................... 13
4.5 Beziehungen zwischen der Dauerfestigkeit und anderen Festigkeits-
eigenschaften .............................................. 13
5. SchluBfolgerungen 32
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1. Einleitung
Aus dem groBen Verbraucherkreis für StahlguB werden häu6g Anfragen sowohl
an die technisch-wissenschaftlichen Fachverbände als auch an die StahlguBher
steller gerichtet, inwieweit der Oberflächenzustand des GuBstückes seine Dauer
festigkeit beeinfluBt. Urn Kosten zu sparen, sollen künftig mehr GuBstücke mit
geringerem Zerspanungsumfang eingebaut werden. Zur Erhöhung der Sicher
heit von Maschinen und Baukonstruktionen ist es dahèr wichtig, den EinfluB
der Oberflächenrauheit zu untersuchen.
1.1 Stand der Forschung
Die Dauerschwingfestigkeit gegossener Werkstoffe ist von ihrer Oberflächen
rauheit stark abhängig. Viele GuBstücke werden im nicht- oder nur teilweise be
arbeiteten Zustand verwendet, so daB die Beschaffenheit ihrer Oberfläche von ent
scheidendem EinfluB auf die Dauerfestigkeit des gesamten Konstruktionsver
bandes ist.
Nur für wenige Gruppen gegossener Werkstoffe ist dieser EinfluB bisher unter
sucht worden; für StahlguB liegen noch keine Erfahrungswerte vor.
1.2 Forschungsziel
Die Stahlsorten GS-45 und GS-60 wurden einmal mit verschiedener RohguB
oberfläche, in einer zweiten Reihe mit geschliffener und in einer dritten Reihe mit
bearbeiteter Oberfläche untersucht, und zwar:
a) Dauerschwingfestigkeit (Wöhler-Linie bis 13xl06 LW)
b) Kerbschlagprobe nach DIN
c) Faltprobe nach DIN
d) Zugprobe nach DIN
e) Chemische Analyse
Die Versuche sind in dem Staatlichen Materialprüfungsamt Dortmund durch
geführt worden.
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2. Versuchsdurchführung
Zweck der Versuche war die Ermittlung des EinHusses der OberHächengüte auf
die Dauerfestigkeit von StahlguB. Es sollten dabei rohe, grob bearbeitete und fein
bearbeitete OberHächen der Stahlsorten GS-45 und GS-60 in SM- und Elektro
qualität gegenübergestellt werden. Die einheitlich hergestellten Probekörper sind
mit Pulsatormaschinen auf Biegeschwellfestigkeit untersucht worden. Die sich bei
2x 106 Lastwechsel und wechselnder Belastung ergebenden Werte dienten zur
Aufstellung der Wöhler-Kurven. Die Versuche wurden an praxisnahen Biege
proben und nicht an Zug-Druck-Proben wegen der oft überlagerten Biegungs
und anderer Nebenkräfte durchgeführt, wobei durch diese einfachen Proben
FremdeinHüsse, wie z. B. die Gestaltfestigkeit, ausgeschlossen werden sollten. Die
Versuche geschahen nach dem unten gezeigten Schema mit doppeltem Angriffs
punkt, urn in einem groBen Spannungsfeld einzelne OberHächenunregelmäBig
keiten weitgehend auszugleichen.
2.1 Versuchsschema
Die Probekörper wurden einer Umwandlungsglühung unterzogen. Die Fest
legung der Glühtemperatur, Haltezeit und Art des Glühprozesses blieb den Probe
herstellern überlassen.
t
! t
+-200-+
f t
~~ 600 1~
l
.~
800 1
2.2 Oberflächenart der zu untersuchenden Probekörper
a) Rohe GuBhaut, Speiserseite grob überarbeitet entsprechend 'V nach DIN 140.
b) Allseitig grob bearbeitet entsprechend 'V DIN 140 auBer StirnHäche.
c) Dreiseitig fein bearbeitet in Längsrichtung entsprechend 'V'V nach DIN 140,
auBer StirnHäche (SpeiserHäche) nach 'V .
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2.3 Probenzahl
Bei Beteiligung von vier Firmen mit je zwei Stahlsorten und drei Oberflächen
arten ergaben sich 24 Wöhler-Kurven. Zur Aufstellung einer Wöhler-Kurve
wurden sechs Probekörper benötigt. Jeder Probehersteller hatte also 36 Proben
zu liefern.
Dabei muBten die 18 Probekörper eines Materials jeweils einer Schmelze ent
stammen und einer einheitlichen Wärmebehandlung unterzogen werden.
2.4 Probeform
Probekörper 60 X 60 X 800 mmo Biegezugseite (Unterseite der Probe) 59 mmo
Biegedruckseite (GuBoberseite) 61 mm breit, Bearbeitungszugabe: 15 mm Speiser
seite, 10 mm auf den übrigen Flächen, Abrundungsradius an Unterseite
r= 5mm.
2.5 Probeherstellung
Die Prob en wurden liegend in Schamottemasse gegossen. Die geschlichteten
Formen muBten bei minde stens 4500 C getrocknet sein. Die Speiser wurden ab
gebrannt und die Speiserflächen auch bei den rohen Proben überschruppt.
2.6 Art der Belastung
Unterspannung bei allen Proben 2 kgjmm2. Gleichbleibendes Biegemoment über
eine Länge von 200 mm; Auflageentfernung 600 mmo Bis 2x 106 Lastwechsel je
Probe maxima!.
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3. Prüfungsumfang
3.1 Dynamische Versuche
Als Hauptversuche dienten die Biegeschwellversuche mit den angelieferten Probe
körpern, die unter folgenden Bedingungen geprüft wurden:
Unterlast entsprechend einer Beanspruchung von 2 kgJmm2, Auflageent
fernung 600 mm,
gleichbleibendes Biegemoment auf 200 mm Länge,
Hebelarm der angreifenden Last 200 mm,
Grenzlastspielzahl N = 2 X 106,
Frequenz n = 333Jmin.
Aus einigen Probekörpern wurden aus den nicht oder nur geringfügig bean
spruchten Teilen Proben für Umlaufbiegeversuche nach DIN 50113 entnommen.
Diese Proben mit polierter Oberfläche waren in der Prüfstrecke 7,52 mm dick.
Sie wurden bis zu einer Grenzlastspielzahl N = 10 X 106 geprüft bei der Frequenz
n = 1000Jmin.
3.2 Bestimmung der mechanischen Gütewerte
Zugversuche nach DIN 50146 an Proben 10x 100 DIN 50125
je eine Probe vom Rand des Probekörpers
(nahe GuBhaut)
je eine Probe vom Kern des Probekörpers
(Querschnitt-Mitte)
Faltversuche nach DIN 1605 Blatt 4 an Proben 25x25x200 mm
je eine Probe GuBhaut auf Biegezug
je eine Probe GuBhaut auf Biegedruck
Schlagbiegeversuche nach DIN 50115 bei Raumtemperatur mit DVM-Kerbschlag
proben
nicht gealtert:
drei Kerbschlagproben vom Blockrand
drei Kerbschlagproben vom Blockkern
10
gealtert (10% gestaucht, Y2 Std. bei 250°C angelassen):
drei Kerbschlagproben vom Blockrand
drei Kerbschlagproben vom Blockkern
3.3 Bestimmung der chemischen Zusammensetzung
Prozentgehalte: Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel und Stick
stoff.
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4. Deutung der Versuchsergebnisse
4.1 Ergebnisse der Zugversuche an Normalproben nach DIN 50146 und
der Faltversuche nach DIN 1605 an Proben aus StahlguB
Werkstoff GS-45 und GS-60 nach DIN 1681
Die nach DIN 1681 verlangten Werte für die Streckgrenze und Zugfestigkeit
wurden bei allen Proben erreicht. Da von den verschiedenen Firmen keine einheit
liche Wärmebehandlung durchgeführt wurde, schwankten die Werte etwas; dem
entsprechend liegt die Biegewechselfestigkeit an untersuchten polierten Proben
bei denen höherer Zugfestigkeit etwas höher.
Der Faltversuch, der nach DIN 1681 nur für GS-45 einen BiegewinkeI von 1800
vorsieht, genügte in allen Fällen.
4.2 Ergebnisse der Schlagbiegeversuche mit DVM Kerbschlagproben
Es wurde in allen Fällen 4 mkgfcm2 erreicht.
Die für die Qualität GS-60 erzielten Kerbschlagzähigkeitswerte sind durch
schnittlich als sehr gut zu bezeichnen.
4.3 Ergebnisse der Biegeschwellversuche an StahlguBproben
Werkstoff GS-45 und GS-60 nach DIN 1681
4.31 Theoretische Grundlagen
Die Dauerschwingbeanspruchung ist eine zwischen einer Ober- und Unter
spannung sich oftmals wiederholende Beanspruchung. Jede solche Beanspruchung
läBt sich durch eine ruhende Mittelspannung und eine ihr überlagerte Wechsel
spannung mit dem Spannungsausschlag ± 3A ausdrücken. Die gröBte derartige
Beanspruchung, die ein Werkstoff noch gerade aushält, heiBt seine Dauerschwing
festigkeit oder Dauerfestigkeit. Je nach Art der Beanspruchung gibt es eine Zug-,
Druck-, Biege- oder Torsions-Dauerfestigkeit.
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