Dauerbruch

Die häufigste Ursache für Betriebsschäden sind Bruchvorgänge, die durch schwingende Belastung entstehen. Sie werden als Ermüdungsbruch oder Dauerbruch bezeichnet. Dabei kann die auftretende Spannung weit unter der Fließgrenze liegen.

Der gesamte Bruchvorgang lässt sich in drei wesentliche Stadien unterteilen, die voneinander nicht streng abgrenzbar sind:

  • Verfestigung
  • Anrissbildung und Rissstadium I - unter 45° zur Zugspannungsrichtung (s. a. Rissauslösung)
  • Rissausbreitung - Rissstadium II - senkrecht zur Zugspannungsrichtung

Sowohl die Risseinleitung als auch die Rissausbreitung finden unter plastischer oder zumindest mikroplastischer Verformung statt. Nach der durch Versetzungsumlagerungen gekennzeichneten Wechselverfestigung setzt bereits in einem sehr frühen Stadium des Schädigungsprozesses die submikroskopische Anrissbildung ein. Das Risswachstum erfolgt zunächst entlang der Gleitebenen, in denen die Rissbildung von statten ging, aber meist nur über einen Bereich von ein oder zwei Körnern, außer in hochfesten Nickelbasis-Kobalt-Legierungen.

Der Abschnitt, um den die Rissfront je Lastwechsel fortschreitet, zeichnet sich auf der Bruchfläche örtlich als ein quer zur Ausbreitungsrichtung verlaufender Schwingungsstreifen ab, eine Bezeichnung, die von Schmitt-Thomas und Klingele vorgeschlagen wurde. Diese Streifen sind zu unterscheiden von den makroskopisch sichtbaren Rastlinien, die im allgemeinen nicht durch einzelne Lastwechsel, sondern durch verschiedene Betriebsperioden mit dadurch bedingten Rissstillständen oder Risssprüngen hervorgerufen werden.

Hierbei entsteht durch wiederholte Lastwechsel ein Streifenmuster. Werkstoff, Umgebungseinflüsse und Amplitude bestimmen die Gestalt der Schwingungsstreifen. Dauerbrüche breiten sich so aus, dass bei jedem Lastwechsel in der Nähe des Rissgrundes eine starke plastische Verformung stattfindet. Dieser Vorgang verläuft transkristallin. Durch das vielkristalline Gefüge wird die Bruchfront örtlich aufgeteilt, dadurch entsteht das mikroskopisch sichtbare Bild vieler paralleler Bruchbahnen, die durch Stufen voneinander getrennt sind (Bilder 1 und 2).

Interkristalline Ausbreitung
Die Rissausbreitung kann häufig auch längs Korngrenzen erfolgen. Die Korngrenzenbrüche erscheinen bei schwacher Vergrößerung als glänzende Flächen, die aber ebenso wie transkristalline Brüche Riefen und Sekundärrisse aufweisen können.

Spröde transkristalline Ausbreitung von Ermüdungsrissen
Nach Forsyth wird zwischen duktilen und spröden Schwingungsbrüchen unterschieden. Die spröden Schwingungsbrüche treten nur sehr selten auf. Kennzeichnend für diese sind die fächerförmige Ausbildung der Bruchbahnen und die Unterteilung der Schwingungsstreifen durch radiale Streifen in einzelne kurze glatte Abschnitte (Bild 3), wie sie etwa beim GJS des Öfteren auftreten.

Die unterschiedlichsten Ausbildungsformen von Schwingungsbrüchen zeigen die Bilder 4 und 5.

Weiterführende Stichworte:
Dauerfestigkeit
Dauerschwingversuch
Haigh-Diagramm, Wöhlerkurve
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