Die mechanischen und thermischen Beanspruchungen der Werkstoffe im chemischen Apparatebau, in Rohrleitungs-, Kessel- und Turbinenanlagen, in Flugzeugen und Flug korpern sowie im Reaktorbau sind derart unterschiedlich, daB die Kennzeichnung des Werkstoffverhaltens durch Angabe eines einzigen physikalischen oder mechanischen Kennwertes unmoglich ist. So werden z. B. fiir das mechanische Festigkeitsverhalten die Ergebnisse sowohl aus Zeitstand- und Warmschwingungsversuchen als auch aus Tem peraturwechsel-(Warmeschock-)Versuchen herangezogen, je nachdem, ob die Bauteile bei gleichbleibender Temperatur einer ruhenden oder schwingenden Beanspruchung unterliegen oder haufigeren schnellen Temperaturwechseln durch Warmezufuhr und -entzug ausgesetzt sind. Dariiber hinaus muB bei der Bewertung hochwarmfester Werk stoffe noch deren Hitze-, Zunder- und Korrosionsbestandigkeit beachtet werden. Die Festigkeitseigenschaften werden zwar durch die chemische Zusammensetzung, Her stellung, Weiterverarbeitung und Warmebehandlung sowie durch den hierdurch er reich ten Gefiigezustand der Werkstoffe bestimmt, doch bleibt der so in warmfesten Stahl en oder Legierungen erreichte stabile Gefiigezustand bei Hochtemperatur Beanspruchungen nicht erhalten; denn in den unter Betriebsbedingungen beanspruchten Werkstoffen konnen je nach Temperatur, Beanspruchungshohe und -dauer strukturelle Veranderungen eintreten, die z. B. durch Zerfall von Mischkristallen oder Auflosung und Umwandlung einzelner Phasen gekennzeichnet sind, wobei auBerdem noch das umgebende Medium (Verbrennungsgase, Kiihlfliissigkeiten) sowie Oxydation und Korrosion eine wesentliche Rolle spielen konnen. Mit dem Warmeschockverhalten bzw. der Temperaturwechselbestandigkeit 1, 2] von Stahlen und Hochtemperaturwerkstoffen beschaftigen sich z. B. Untersuchungen von F. EICHHORN 3] sowie F. BOLLENRATH und R. SONNTAG 4]."

Zur Klarung des Mechanismus von Dauerbriichen metallischer Werkstoffe ist besonders die Kenntnis von drei Teilvorgangen wichtig [1 ], und zwar die Vor- gange, die vor der Einleitung von Anrissen im Werkstoff auftreten, die Bildung von Anrissen selbst und schlieGlich deren Ausbreitung. Im letzten Fall wird meist die RiBfortpflanzungsgeschwindigkeit, Rif3tiefe bzw. -lange unter Anwendung verschiedener Verfahren [2, 3] in Abhangigkeit von Beanspruchungshohe und -dauer untersucht [3-6]. Zum Nachweis von Dauerbruchanrissen werden sowohl Atz- und Korrosionsverfahren [7, 8] als auch Schwefelabdruck- [9] und Blasen- Verfahren [10, 11 ], ferner magnetische [4, 12-15], elektrische [13, 16] und metallo- graphische Verfahren [17, 18] sowie Fluoreszenz- [19-22] oder Farbdiffusions- Verfahren [23] und radioaktive Indikatoren [24, 25] benutzt. In neueren Arbeiten wird der Versuch unternommen, die Rif3ausbreitung an gebrochenen Schwin- gungsproben mit Hilfe der Mikrofraktographie zu bestimmen [26, 27]. Dampfungsmessungen [28-30], rontgenographische [31-33] und metallographi- sche Untersuchungen [34] an schwingungsbeanspruchten Proben lassen erkennen, daf3 vor allem bei Belastungen oberhalb der Wechselfestigkeit bereits nach sehr kurzen Laufzeiten- von etwa 1% der Gesamt-Lebensdauer bis Versuchsende- Eigenschaftsanderungen auftreten, die auf bleibende V erformungen einzelner Kristallite oder eines Kristallit-Haufwerks hindeuten, ohne daf3 eine Anrif3bildung festzustellen ist. In welcher Weise diese Storungen im Kristallgitter mit der Ein- leitung von Dauerbruchanrissen verkniipft sind, ist noch nicht bekannt. Unter- suchungen zur Aufklarung eines derartigen Zusammenhanges mit Hilfe metallo- graphischer Beobachtungen und theoretischer Oberlegungen sind an verschie- denen Forschungsstellen noch in vollem Gange.

11. Versuchsdurchfuhrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1. Versuchswerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2. Prufstabformen und Probenherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3. Versuchsverfahren und Prufeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 III. Versuchsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1. Woehler-Linien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2. Wechselfestigkeit und Erschmelzungsart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3. Kerbwirkungszahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4. Untersuchungen zum Bruchmechanismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 IV. Auswertung von Schrifttumsangaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 V. Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 VI. Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 VII. Anhang 1: Tab. 1-12 31 49 Anhang 2: Abb. 1-21 5 T. Einleitung Das Verhalten von Werkstoffen unter schwingenden Belastungen wird vor allem durch metallurgische, technologische und betriebliche Einflusse, besonders der Art der Belastungskollektive und von Ruhepausen bestimmt. Fur den ersten Fall ist eines der Grundprobleme des Dauerfestigkeitsverhaltens die Frage nach der Wirkung von Legierungselementen an sich, etwa ob sie bei vorgegebener Warme- behandlung zur Mischkristallbildung, zur Bildung neuer Phasen oder UEberstruk- turen fuhren, oder ob sie vorwiegend in Karbiden angereichert sind, d. h. zur Bildung von Mischkarbiden neigen. Von Wichtigkeit fur diese Frage sind aber auch die V erarbeitungs-V erfahren zur Vermeidung von EinschluB- oder Karbid- zeilen, die die mechanischen Kennwerte von Werkstoffen, besonders bei Schwin- gungsbeanspruchungen, beeinflussen. Die verschiedenen Verfahren und MaB- nahmen bei der Stahlherstellung - wie z. B. die GroeBe und Bauart der Schmelz- oefen (Thomas-, SM-, Elektro- und VakuumOEfen), das Ofenfutter (sauer, basisch, neutral), die Schmelzfuhrung (Art und Grad der Desoxydation), die Schmelz- und GieBtemperatur, das GieBverfahren, die Kokillenform und -groeBe u. a. - ge- statten dabei, die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe in weiten Grenzen zu verandern und den jeweiligen Verwendungszwecken optimal anzupassen.

Zur Ermittlung eines Zusammenhangs zwischen dem Zustandsschaubild oder dem Umwandlungsverhalten von binaren, ternaren oder komplexen Legierungen mit ihren mechanischen Eigenschaften sind Untersuchungen uber den Reaktions- ablauf, uber die Konzentrationsebenen und die auftretenden Kristallarten von besonderer Bedeutung. Dies gilt vor allem auch fur die K1arung des Einflusses von sonderkarbidbildenden Elementen, wie Mo, Cr, V, Zr, Nb und Ti, in Stahlen auf den Verlauf des y-Zustandsraumes und auf die Kristallisations- und Entmischungsvorgange beim Abschrecken und Anlassen [1]. So weist z. B. das System Fe-Nb ein verengtes y-Feld auf [2], und beim System Fe-Nb-C ist ein Abschrecken aus dem y-Gebiet bis zu bestimmten Nb- und C-Gehalten mag- lich. Im Gegensatz hierzu weist das System Fe-Ti ein abgeschlossenes y-Gebiet auf [3], und ein Abschrecken im System Fe-Ti-C aus dem y-Gebiet fur alle Konzentrationen ist nicht mehr maglich. W. TaFAuTE und A. BUETTINGHAUS [4] ermittelten ein Schaubild, in dem die Schnittflachen der Ebenen verschiedener Ti-Gehalte mit dem y-Raum auf die Ebene des Systems Fe-C projiziert wurden. Hieraus geht hervor, daB mit steigendem Ti-Gehalt das Einphasen-y-Feld immer mehr zusammenschrumpft, um bei Titangehalten 1% zu verschwinden; d. h., bei gleichbleibendem C-Gehalt tri tt nach uberschreiten eines bestimmten Titan- gehaltes kein y-Gebiet mehr auf. Bei geringen Ti-Gehalten stehen y-Fe und IX-Fe im Gleichgewicht mit FesC und TiC; in titanreichen Legierungen treten daneben noch die Fe-Ti-Verbindungen FesTi bzw. Fe Ti auf.