Spannungsrisse

Bezeichnung für einen Temperaturwechselriss, der aufgrund hoher Spannungskonzentration verursacht wird.

Spannungsrisse sind die häufigste Ausfallursache bei Formen aus martensitaushärtbaren Stählen. Sie sind die Folge einer ungünstigen Formkonstruktion oder Ausbildung der Formkontur einer metallischen Dauerform, insbesondere Formen mit hoher und wechselnder Temperaturbelastung wie z. B. einer Druckgießform.

Spannungsrisse können aber auch durch Fehler während der Fertigung bzw. Wärmebehandlung des Warmarbeitsstahles entstehen.

In Abgrenzung zu den Brandrisse treten Spannungsrisse in Bereichen hoher Spannungskonzentrationen auf (z. B. an Kanten, siehe Bild 1), die vor allem geometrisch oder thermisch bedingt sind.

Großzügige Radien und groß bemessene Abrundungen an Kanten oder Querschnittsübergängen tragen zur Vermeidung von Spannungsrissauslösung und zur Verhinderung der Ausbreitung dieser Risse bei. Warmarbeitsstähle mit hoher Zähigkeit vermindern ebenfalls die Neigung zur Ausbreitung derartiger Risse, Bild 2 zeigt den Rissfortschritt bei verschieden zähen Warmarbeitsstählen.

Als Ursachen von Spannungsrissen sind zu nennen: Konstruktionsbedingte Spannungsrisse: Diese entstehen an Stellen höchster örtlicher Spannung infolge von Kerbwirkungen durch die Formkontur. Hierzu zählen Kerben und Kanten, zu große Querschnittsübergänge und zu kleine Radien, Stege und Querschnittsübergänge (Bild 3).

Spannungsrisse infolge von Fertigungsfehlern: entstehen durch das zu schnelle Erwärmen und/oder Abschrecken bei der Wärmebehandlung. Spannungsrisse sind, im Vergleich zu Brandrissen, überwiegend einzelne und weitläufig ausgeprägte Risse ohne erkennbares Rissnetzwerk (Maschen). Den Druckgießern sind zahlreiche Fälle von Spannungsrissen um Auswerferbohrungen bekannt, wie sie aus den Bildern 4 und 5 hervor gehen.

Weiterführende Stichworte:
Ausbröckelung
Formerosion

Literatur:

Srivastava A., Joshi V., Shivpuri R., Computer modelling and prediction of thermal fatigue cracking in die casting tooling, Wear 256 (2004), S. 38-43.
Klobcar, D., Tusek J., Taljat, B.: Thermal fatigue of materials for die casting tooling, Materials Science and Engineering A, 2007.
Pries H., Liluashvili Z., Dilger K., Brandrissentstehung an Druckgießformen, Druckgusspraxis 3/2003, S. 135-140.

  • Bild 1: Entstehungsmechanismen von Spannungsrissen und Schema der Rissausbreitung an Kanten nach A. Srivastavaa: Spannungsrisse in Normalrichtung zur Kante in Folge der zyklischen Spannungen in Richtung 1, diese sind aufgrund FEM-Simulation wahrscheinlicher als Spannungsrisse in Kantenrichtung in Folge der zyklischen Spannungen in Richtung 2b: Erscheinungsbild von Spannungsrissen in Normalrichtung zur Kante
  • Bild 2: Rissfortschritt von Spannungsrissen für unterschiedliche Warmarbeitsstähle nach H. Pries und Z. Liluashvili
  • Bild 3: Spannungsrisse in Kanten und Radien eines thermisch hoch belasteten Gegenzapfens, 25.000 Schuss, Werkstoff 1.2343, Quelle: FT&E Foundry Technologies & Engineering GmbH
  • Bild 4: Strahlenförmig nach außen verlaufende Spannungsrisse um eine Auswerferbohrung nach ca. 80.000 Schuss, Quelle: FT&E Foundry Technologies & Engineering GmbH
  • Bild 5: Spannungsrisse um Auswerferbohrung an einem Druckgießwerkzeug mit Ausbruch, 120.000 Schuss, Werkstoff 1.2343, Quelle: FT&E Foundry Technologies & Engineering GmbH
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