HiPerComp Projekt 5: Erprobung der neu entwickelten Werkstoffzustände an Wälzlagern und Überführung in Lebensdauerberechnung

Ständige vom Leichtbau und der Ressourcenschonung getriebene Steigerungen der Werkstoffbeanspruchung durch eine Optimierung der Bauteilkonstruktion stoßen immer häufiger an Grenzen. Der Einsatz von höchstfesten Werkstoffzuständen führt zu einem immer empfindlicheren Werkstoffverhalten gegenüber Werkstoffungänzen und Bauteilfehlern. Letztere führen gerade bei Stählen zu einer Verteilungsfunktion bezüglich der Bauteilausfälle, die neben einem hohen mittleren Festigkeitsniveau oft wenige Bauteile mit einer deutlich niedrigeren Beanspruchbarkeit und damit Lebensdauer zeigt. Neben dem bisherigen Ziel der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, eine Steigerung der spezifischen Festigkeit durch ein angepasstes Legierungs- und Wärmebehandlungsverfahren zu erreichen, verfolgte das DFG-AiF-Gemeinschaftsvorhaben „HiPerComp High Performance Components“ den neuen Ansatz, Werkstoffkonzepte zu entwickeln, die eine größere Schadenstoleranz gegenüber Werkstoffungänzen aufzeigen. Dabei wird auch eine leichte Absenkung des mittleren Festigkeitsniveaus toleriert, solange dadurch die Streuung der Lebensdauer reduziert wird. In dem Gemeinschaftsvorhaben „HiPerComp - Innovative Konzepte zur Steigerung der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit hochbe- anspruchter Bauteile“ (www.hipercomp.de) wurde das übergeordnete Ziel verfolgt, die Schadenstoleranz des Werkstoffes gegenüber einem Versagen, ausgehend von Einschlüssen oder Gefügefehlstellen, zu erhöhen. Die notwendigen Lösungsansätze und deren Tauglichkeit wurden durch die interdisziplinäre Kooperation von Metallurgen (Stahlentwicklung, -herstellung, Halbzeugherstellung), Werkstofftechnik / Wärmebehandlung, Konstruktion und Werkstoff- bzw. Bauteil- erprobung in insgesamt sechs Projekten erarbeitet. Das Hauptziel des Projektes „Erprobung der neu entwickelten Werkstoffzustände an Wälzlagern und Überführung in Lebensdauerberechnung" lag im Nachweis der erhöhten Schadenstoleranz von Bauteilen aus den neu entwickelten Werkstoffen, um die vielversprechenden Ergebnisse aus den vorangegangenen Projekten zu bestätigen und den Weg in die industrielle Anwendung zu unterstützen. Folgende Maßnahmen wurden im Projekt im Detail untersucht:

1. Gefügezustände von Lagerinnenringen vor und nach der Wälzlagerprüfung
2. Änderungen im Eigenspannungstiefenverlauf infolge der Beanspruchung
3. Lebensdaueruntersuchung an intakten und vorgeschädigten Lagerinnenringen
4. Ermittlung der Schadensursache
5. Bestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit