Versuchsaufbau und Werkstoff
Die spannungskontrollierten Einstufenversuche wurden an einem servohydraulischen Prüfsystem Typ EHF-U der Fa. Shimadzu mit einer Maximallast von 50 kN, einer Frequenz von f = 5 Hz, einer sinusförmigen Last-Zeit-Funktion und einem Lastverhältnis von R = -1 bei Raumtemperatur mit RT = 25°C durchgeführt.
Die Proben wurden im Rahmen der Ermüdungsversuche bis zum Versagen bzw. bis zum Erreichen der Grenzlastspielzahl von 2×106 beansprucht. Um das Wechselverformungsverhalten zu beschreiben wurde die Temperaturänderung kontinuierlich während des Versuchs an der Probenoberfläche entlang der Messstrecke(n) durch eine Infrarotkamera vom Typ thermoIMAGER TIM 450 der Fa. Micro-Epsilon erfasst. Dieses System nutzt den Spektralbereich von 7,5 - 13 µm und besitzt eine optische Auflösung von 382 × 288 Pixeln sowie eine thermische Empfindlichkeit von 40 mK.
Der Versuchsaufbau ist in Abb. 1 dargestellt und in [4,5] detailliert beschrieben. Zur thermischen Stabilisierung der mechanischen Spannzeuge, wurde ein Kühlsystem auf Basis eines Peltier-Element gekühlten Wasserkreislaufs entwickelt, welches den Temperaturunterschied zwischen dem oberen und unteren Spannzeug während des Versuchs auf < 1 K begrenzt.
Als Versuchswerkstoff wurde ein normalisierter unlegierter Stahl der Güte C45E eingesetzt. Die Proben wurden aus Rundmaterial mit einer Länge von 5.000 mm und einem Durchmesser von 20 mm spanend hergestellt und anschließend auf einen Rauheitswert von Rz < 6 µm poliert. Die chemische Zusammensetzung nach Herstellerangabe entspricht den festgelegten Grenzwerten nach DIN EN 10083 und ist in Tab. 1 zusammenfassend dargestellt.
Im Rahmen der Wärmebehandlung wurde der unlegierte C45E bei T = 850°C austenitisiert und anschließend kontrolliert auf RT abgekühlt, was zu einer überwiegend ferritisch-perlitischen Mikrostruktur mit einer Vickershärte von HV10 = 216 führte [4,5]. Im Zugversuch erreichte der Werkstoff eine maximale Festigkeit von Rm = 710 MPa und wies eine Streckgrenze von Rp0,2 = 413 MPa auf, wodurch sich ein Streckgrenzenverhältnis von Rp0,2/Rm = 0,58 ergibt. Aus diesen Angaben kann ein überwiegend duktiles Werkstoffverhalten für den untersuchten unlegierten Stahl abgeleitet werden.