Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse in hochreinen Werkstoffen auf die Zahnfußtragfähigkeit

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Mit Hilfe praxisüblicher Verfestigungsstrahlverfahren können, aufgrund der Einbringung von Druckeigenspannungen in die Bauteiloberfläche, die Zahnrad- und im Speziellen die Zahnfußtragfähigkeit signifikant gesteigert werden. Da die Tiefenwirkung der Strahlbehandlung jedoch lediglich auf die oberflächennahe Randschicht begrenzt ist, wird die Zahnfußdauerfestigkeit durch die tieferliegenden Werkstoffbereiche stark beeinflusst. Treten nun zusätzlich in diesen kritischen Tiefenbereichen des Werkstoffes Fehlstellen in Form von nichtmetallischen Einschlüssen o. Ä. auf, wird die Festigkeit und damit verbunden die lokale Beanspruchbarkeit des Werkstoffes maßgeblich durch deren Vorhandensein bzw. Größe, Beschaffenheit und Gestalt mitbestimmt. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse in hoch bzw. höchstreinen Werkstoffen auf die Zahnfußtragfähigkeit einsatzgehärteter und oberflächenverfestigter Zahnräder zu untersuchen. Mit Hilfe von theoretischen und experimentellen Untersuchungen wird ermittelt, inwieweit der Schadensmechanismus „innerer Bruch“ (Fish-Eye) durch die Verwendung von Werkstoffen mit möglichst hohem Mikroreinheitsgrad verhindert und die Zahnfußdauerfestigkeit im Bereich hoher Lastwechselspielzahlen damit gesteigert werden kann. Auf Basis experimenteller Lauf- und Pulsatorversuche zur Zahnfußtragfähigkeit wird das Auftreten innerer Brüche betrachtet, der Einfluss auf die Zahnfußtragfähigkeit ausgewertet und Handlungsempfehlungen für die praktische Anwendung abgeleitet. Darüber hinaus wird ein lokales Berechnungsmodell aufgebaut und anhand der experimentellen Untersuchungsergebnisse validiert, das den Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse auf die lokale Beanspruchbarkeit des Werkstoffes und damit auf die Zahnfußtragfähigkeit berücksichtigt. Die Ergebnisse erlauben dem Anwender bereits in der Auslegungsphase eine erste Abschätzung, in wieweit nichtmetallische Einschlüsse in der Werkstoffmatrix mit bekannter Größe bei einer vorgegebenen Zahnfußbeanspruchung kritisch werden können oder nicht.