354 Prakt. Met. Sonderband 46 (2014)
interkristallinen Glasphase durch Hydroxidionen aus der Umgebungsfeuchtigkeit statt Das E
("unterkritisches Risswachstum") [9], oder gibt es darüberhinausgehende "echte" Paris-
Ermüdungseffekte?
von €
K, =
2. WERKSTOFF UND VERSUCHSDURCHFUHRUNG
Die Versuche wurden an diamantbearbeiteten Standard-Biegeproben mit den Abmessun-
gen 3x4x45 mm aus einem kommerziell erhältlichen Siliziumnitrid (FSNI, FCT
Ingenieurkeramik GmbH, Frankenblick) durchgefiihrt. Besonderes Augenmerk wurde auf
eine schonende Bearbeitung der zugbelasteten Flächen und die Fasen an den Kanten da L
dieser Flächen gelegt. dNo
Als Belastungsgeometrie wurde 4-Punkt-Biegung mit 40 mm Stitzrollenabstand und In ein
20 mm Lastrollenabstand gewählt. Alle Versuche wurden bei Raumtemperatur an Luft gung
durchgeführt. hier z
Um sinnvolle Spannungsniveaus für die Ermüdungsversuche festlegen zu können, wurde für die
die Festigkeitsverteilung der Proben mit Biegeversuchen bestimmt. 30 Proben wurden
nach EN 843-1 [10] mit einer Belastungsrate von 200 N/s geprüft (Instron 8562). Die Expor
Ermüdungsversuche im Zugschwellbereich (R= 0,1) wurden mit einer Instron 8501 statist
Prafmaschine durchgefiihrt. Die Zug-Druck-Belastung (R = -1) wurde mittels eines speziell Ng
konstruierten Probenhalters auf einer Torsionspriifmaschine realisiert. Bei beiden
Spannungsverhéltnissen wurden funf Spannungsniveaus (Tab. 1) zu je zehn Proben
untersucht. Die Versuche wurden mit einem sinusförmigen Spannungsverlauf mit 40 Hz —
42 Hz durchgeführt und nach 107’ Lastspielen abgebrochen, wenn die Proben bis dahin
nicht versagt haben (Durchläufer). Um Informationen über die wirkenden Ermüdungs-
mechanismen zu erhalten, wurden die Bruchflächen der Proben fraktographisch am
Stereomikroskop und Rasterelektronenmikroskop untersucht.
Tab. 1: Maximalspannungen für die Ermüdungsversuche
Spannungsverhältnis R Maximalspannungen in MPa
R= 0,1 480 / 520 / 560 / 600 / 630
R=-1 180 / 300 / 350 / 450 / 540 / 600
3. ERGEBNISSE UND DISKUSSION
Die Kurzzeitfestigkeit des Werkstoffes lässt sich mit einer Weibullverteilung mit der
charakteristischen Spannungen op =702 MPa und dem Weibullmodul m=18 be-
schreiben. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden die Maximalspannungen (zwischen
25% und 90% der Kurzzeitfestigkeit, sieche Tab. 1) fur die Ermiidungsversuche festgelegt.
Die Ergebnisse der Ermidungsversuche sind in Fig 1 dargestellt. Die Lastspielzahl bis
zum Versagen ist in Abhängigkeit der Maximalspannung geplottet. Pfeile mit Zahlen
zeigen Durchläufer an. ;
Die Lebensdauern bei einem Spannungsniveau variieren stark, teilweise um fünf bis sechs Fig. 1
Größenordnungen. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich das Material bei den zwei of
untersuchten Belastungsbedingungen grundsätzlich anders verhält. Die Lebensdauer bei
gleichen Maximalspannungen ist für Zug-Druck-Belastung kürzer. Im Zugschwellbereich
wurde bei einem Lastniveau von etwa 75% der Kurzzeitfestigkeit die Dauerfestigkeit .
erreicht. Unter Zug-Druck-Belastung versagte bei 0,45.0, noch immer ein Großteil der ro 2
Proben, bei etwa 0,25 o,, wurden die Versuche nach 4 Durchldufern abgebrochen. Bruch
