Titel: Ergebnisse neuerer Dauerversuche an Metallen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1907, Band 322 (S. 100–102)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj322/ar322036

Ergebnisse neuerer Dauerversuche an Metallen.

Von E. Preuß.

Vor etwa Jahresfrist beschrieb Herr Wazau in dieser Zeitschrift neuere englische Dauerversuchsmaschinen.1) Er sah damals im allgemeinen von der Mitteilung von Versuchsergebnissen ab, weil noch keine genügende Anzahl von Versuchen vorlag, um hinreichend sichere Schlüsse zu ziehen. Im Verlauf des letzten Jahres sind nun einige Veröffentlichungen erfolgt, deren Ergebnisse nachstehend zusammengefaßt werden sollen. Zwar sind auch diese neuen Versuchsreihen immerhin noch ziemlich spärlich, doch dürfte die Mitteilung ihrer Ergebnisse trotzdem willkommen sein, da unsere Kenntnis über das Verhalten von Metallen bei Dauerbeanspruchung im wesentlichen immer noch auf den bereits 3½ Jahrzehnte zurückliegenden Versuchen Wöhlers beruht und die neuen Versuche manche neuen Gesichtspunkte gezeitigt haben.

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Aus den letzten fünf Jahren liegen Mitteilungen über Dauerversuche an Metallen vor von Smith,2) Gardner,3) Rogers,4) sowie von Stanton und Bairstow5). Da, wie bereits erwähnt, in dieser Zeitschrift schon ausführlich über die bei diesen Versuchen verwendeten Maschinen berichtet worden ist, so genügt hier eine kurze Zusammenfassung des dort gesagten.

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Die von Smith, sowie von Stanton und Bairstow benutzten Maschinen sind nach dem in Fig. 1 schematisch dargestellten, von Reynolds angegebenen Gedanken gebaut. Der Probestab a ist zwischen der Geradführung eines Schubkurbelgetriebes und der Masse m eingebaut. Bei Bewegung des Schubkurbelgetriebes erhält der Probestab infolge der Trägheit der Masse m abwechselnd Zug- und Druckspannungen, deren Größe von der Masse m, der Geschwindigkeit und dem Kurbelradius abhängig ist. Die von Smith benutzte Maschine ist stehend angeordnet.

Fig. 2 stellt schematisch die von Stanton und Bairstow verwendete, liegend gebaute Maschine dar. Der Vollständigkeit halber sei in Fig. 3 auch noch die neue Maschine von Smith nochmals wiedergegeben, die entgegen den früheren Maschinen den großen Vorteil besitzt, daß der Probestab keine räumliche Bewegung ausführt.

Gardner und Rogers haben ihre Versuche mit Maschinen angestellt, die nach Art der Wöhlerschen Maschinen gebaut waren, bei denen der Probestab sich dreht und während der Drehung belastet wird, so daß sich der Stab durchbiegt und jede Stelle des Stabes abwechselnd gleich große Zug- und Druckspannungen erhält.

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Die benutzte Lastwechselzahl ist bei den einzelnen Forschern sehr verschieden. Smith wendete 1500–2500, Stanton und Bairstow 800, Rogers 400 Lastwechsel i. d. Minute an. Gardners Abhandlung enthält keine Angaben über die Lastwechselzahl.

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1. Versuchsergebnisse von Smith. Die von Smith benutzten Probestäbe zeigt Fig. 4. Die Stäbe wurden vorgedreht und dann mit einer Schmirgelscheibe auf den gewünschten Durchmesser von 6,3 mm nachgeschliffen. Das Abdrehen einiger Stäbe wurden mit besonders grobem Spahn und das Nachschleifen mit der Schmirgelscheibe absichtlich recht nachlässig ausgeführt. Diese Stäbe zeigten jedoch keine schlechteren Versuchsergebnisse als die sorgfältig bearbeiteten. Ein Teil der Probestäbe wurde in einem Gasofen bis zur Rotglut erhitzt und bei dieser Wärme ½ Stunde geglüht. Das Abkühlen erfolgte in 10–12 Stunden. Beim Einbau der Stäbe wurden besondere Vorsichtsmaßregeln getroffen, um Beanspruchung der Stäbe auf Verdrehung zu vermeiden.

Untersucht wurde Flußeisen, Gußstahl, Lowmooreisen und Gußeisen.

Da nicht alle Versuchsreihen ohne Unterbrechung ausgeführt werden konnten, war es nötig, den Einfluß der |101| Betriebspausen auf das Ergebnis zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden mehrere Versuche mit geglühtem und ungeglühtem Flußeisen wie folgt durchgeführt. Nachdem einige Stäbe etwa mit der Hälfte der Lastwechsel, die sie nach den Ergebnissen der Vergleichsversuche ohne Betriebspause bis zum Bruch ausgehalten haben würden, beansprucht waren, wurden sie 3, 5, 11 und 120 Tage sich selbst überlassen. Es zeigte sich, daß bei kurzer Betriebspause keine Beeinflussung der Versuchsergebnisse eintrat. Bei monatelangen Pausen scheint eine leichte Erholung des Materials, d.h. Vermehrung der zum Bruch erforderlichen Anzahl der Lastwechsel stattzufinden, jedoch genügt die geringe Anzahl der Versuche noch nicht für ein abschließendes Urteil.

Smith hat sich hauptsächlich damit befaßt, den Einfluß der Lastwechselzahl6) auf die Arbeitsfestigkeit σA festzustellen. Er gibt hierüber eine Anzahl von Tabellen, die von Wazau in dem Schaubilde Fig. 5 durch Kurven dargestellt sind, getrennt nach den vier verschiedenen Schwunggewichten Q. Zu beachten ist, daß innerhalb jeder dieser Kurven die Lastwechselzahl von der rechten bis zur linken Seite des Schaubildes, d.h. von z = 106 bis z = 0 ständig zunimmt, da ja mit demselben Schwunggewicht ständig wachsende Spannungen erzeugt wurden. Für die Bruchwechselzahl z = 106, d.h. also um einen Bruch nach 1000000 Spannungswechseln oder praktisch genommen, überhaupt nicht mehr zu erzielen, mußten die Lastwechselzahlen n und Spannungen σ (Tab. 1) angewandt werden.

Tabelle 1.

Geglühtes Flußeisen Geglühter Gußstahl
Q kg σ kg/qcm n Q kg σ kg/qcm n
5,64 1915 1790 5,64 2200 1875
8,48 2590 1740 8,48 2350 1700
11,31 2800 1610 11,31 2820 1610
19,9 3240 1315 19,9 3150 1280
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Die Werte σ in dieser Tabelle geben die Summe der Zug- und Druckspannung, denen das Material bei einem Lastwechsel ausgesetzt war, da der Stab gemäß der Bauart der Maschine bei einer vollen Umdrehung stets Zug- und Druckspannungen erhält. Die Zugspannung war bei diesen Versuchen etwa gleich dem 1,14 fachen der Druckspannung. Beim einmaligen Zugversuch mit diesem Material hatten sich die Werte (Tab. 2) ergeben:

Tabelle 2.

Flußeisen Gußstahl
Streckgrenze σS kg/qcm 2710 6250
Bruchgrenze σB kg/qcm 3900 9150
Bruchdehnung δB v. H. 30 3,8

Man sieht aus dem Vergleich der beiden Tabellen, daß bei allen diesen Versuchen, bei denen das Material zu Bruche ging, die Arbeitsfestigkeit σA beim Gußstahl stets weit unter der Streckgrenze lag, beim Flußeisen jedoch nur bei einigen Versuchen. Es sei hier noch besonders betont, daß diese Angaben nicht verallgemeinert werden dürfen, da sie sehr stark von der Art des Materials, seiner Zusammensetzung und seinem Zustand, von der Lastwechselzahl und, wovon weiter unten noch die Rede sein wird, von der Form des Probestabes abhängig sind, da Probestäbe mit allmählichen Querschnittsübergängen wesentlich andere Werte ergeben als Stäbe mit schroffen Uebergängen.

Fig. 5 bringt ferner deutlich zum Ausdruck, daß bei höheren Lastwechselzahlen (1500–2500 i. d. Minute) der Gußstahl trotz höherer Zugfestigkeit, bedingt durch den höheren Kohlenstoffgehalt, bei Dauerbeanspruchung dem Flußeisen nur bei niederen Lastwechselzahlen überlegen ist.

Smith setzt die Ergebnisse seiner Versuche in Vergleich mit denen von Wöhler7) und Baker8). Bei der Verschiedenartigkeit der untersuchten Materialien kann man diesem Vergleich keinen allzu hohen Wert beimessen. Immerhin ergaben die Versuche von Wöhler und Baker wesentlich höhere Arbeitsfestigkeiten, was mit ihrer viel geringeren Lastwechselzahl (50–80 i. d. Minute) leicht zu erklären ist.

Der Bruch der Probestäbe erfolgte bei den Versuchen von Smith ohne wesentliche Dehnung und ohne Querschnittsverminderung. Einige Stäbe zeigten sogar eine wahrscheinlich kurz vor dem Bruch aufgetretene Vergrößerung des Durchmessers.

Eine Anzahl von Versuchen hat Smith durchgeführt, um zu untersuchen, ob Stäbe, die bereits längere Zeit der Dauerbeanspruchung unterworfen und darauf wieder ausgeglüht waren, durch dieses Ausglühen bei weiterer Dauerbeanspruchung insgesamt eine größere Bruchwechselzahl erreichen würden. Soweit sich bei der geringen Zahl der Versuche übersehen läßt, wirkt das Ausglühen schädlich, indem es die Bruchwechselzahl des Stabes herabsetzte.

2. Versuchsergebnisse von Gardner. Gardner hat verschiedene Versuchsstäbe aus Stahl im elektrischen Ofen bis auf 950° erhitzt. Die einzelnen Reihen wurden dann allmählich bis auf 900°, 850°, 800°, 750°, 700°, 650°, 600° und 550° abgekühlt und nach Erreichen dieser Wärmegrade in Wasser von 12° abgeschreckt, um den Stahl in dem ihm bei den genannten Wärmestufen eigentümlichen Gefügezustand zu erhalten. Die Dauerversuche ergaben die Werte (Tab. 3):

Tabelle 3.

Abgeschreckt bei 550° 600° 650° 700° 750° 800° 850° 900°
σ A 29,6 41,8 44,8 60,2 70,0 71,8 76,2 74,8
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Trägt man sie zu einem Schaubilde auf, so erhält man nach Gardner einen aus 3 Geraden zusammengesetzten Linienzug A, B, C, D (Fig. 6)9). Die Knickpunkte dieses

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Linienzuges stehen nach Gardners Ansicht wahrscheinlich mit den Umwandlungspunkten des Eisens in Zusammenhang. Je nach dem Kohlenstoffgehalt besteht das Eisen oberhalb der eutektischen Linie aus reinem Martensit oder Ferrit und Martensit, und zwar liegt der Beginn der Ausscheidung von Ferrit je nach dem Kohlenstoffgehalt zwischen 900° und 700°. Die höchste Festigkeit zwischen den Punkten C und D würde demnach dem reinen Martensit zukommen. Die Strecke zwischen B und C entspricht der bereits begonnenen Ferritausscheidung innerhalb des Martensits. Die Festigkeit des Materials ist geringer geworden, da Ferrit eine bedeutend geringere Festigkeit als Martensit besitzt. Die Strecke AB bedeutet die bereits vollendete Umwandlung des Materials zu Perlit. Die Festigkeit ist hier am geringsten, da der Perlit aus nebeneinanderliegenden Ferrit- und Martensitlamellen besteht.

(Fortsetzung folgt.)

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D. p. J. 1905, Bd. 320, S. 481. Diesem Aufsatz sind die Fig. 15 entnommen.

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On a Throw-Testing Machine for Reversals of Mean Streß, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Bd. 199, S. 265. – Engineering 3. III. 1905.

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Effects caused by the Reversals of Stresses in Steel, The Journal of the Iron and Steel Institute 1905, S. 481.

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Heat Treatment and Fatigue of Steel, The Journal of the Iron and Steel Institute 1905, S. 486.

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On the Resistance of Iron and Steel to Reversals of Direct Streß, Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Bd. 166. Teil 4. – Engineering 17. II. 1905.

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Unter Lastwechselzahl n ist im folgenden stets die Anzahl der Spannungswechsel (voller Umlauf der Maschinenwelle) in einer Minute verstanden, unter der Bruchwechselzahl z die Summe aller bis zum Eintritt des Bruches vom Probestab ausgehaltenen Spannungswechsel.

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Zeitschrift für Bauwesen 1860, S. 583; 1863, S. 233; 1866, S. 67; 1870, S. 73.

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Transactions of American Society of Mechanical Engineers, Bd. 8. S. 157.

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Unseres Erachtens ist der Sache durch die geknickte Linie Zwang angetan; durch einen kontinuierlichen Linienzug wäre eine bessere Darstellung der Ergebnisse gegeben. Die Redaktion.

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