Strukturelles Versagen eines Wälzlagerstahls 42CrMo4 - Untersuchungen von Ermüdung und Rissfortschritt und Erarbeitung einer realistischen Lebensdauervorhersage

Abstract

Die Ermüdungsuntersuchungen am Stahl 42CrMo4 bieten signifikante Erkenntnisse für seine Anwendung in kritischen Komponenten, insbesondere in Blattlagern von Windenergieanlagen. Für diese Studie werden Proben direkt aus einem ungenutzten Lagerring entnommen und diversen Tests unterzogen, um Materialkennwerte zu erheben. Dabei werden unterschiedliche Wärmebehandlungszustände des Stahls untersucht. Die Gesamtlebensdauer von Proben wird durch die Ermüdungsprüfung in Umlaufbiege- und Zug-Druck-Versuchen ermittelt. Dabei wird auch der Einfluss von Oberflächenkorrosion untersucht. Weiterhin werden Rissfortschrittsuntersuchungen an homogen gehärteten als auch an teilgehärteten Proben durchgeführt. Die ermittelten Rissgeschwindigkeitskurven dienen als Basis für eine Finite Elemente (FE) Simulationen des Rissfortschritts. Die Simulation wird zunächst an Testgeometrien, analog der im Experiment genutzten Proben, validiert. Die Korrelation von experimentell und simulativ gewonnenen Daten ermöglicht anschließend die Abschätzung von Rissinitiierungsdauern abhängig von der Belastungshöhe. Weiterhin lässt sich durch die Übertragung der Rissfortschrittssimulation auf ein Blattlager die Lebensdauer von vorgeschädigten Bauteilen vorhersagen. Dieser Ansatz kann somit einen Beitrag zur Optimierung von Konstruktions- und Wartungsstrategien von Blattlagern leisten.