Die Werkstoffermüdung bei Wälzbeanspruchung – Eine Hypothese zum Mechanismus

Die Erforschung der Wälzermüdung liefert eine Fülle experimenteller Ergebnisse und theoretischer Erkenntnisse. Aus einer Zusammenschau dieser bekannten Einzel‐Informationen wird eine Hypothese zum Mechanismus der Wälzermüdung entwickelt und im Folgenden vorgestellt. Nach dieser Hypothese läuft der Ermüdungsprozess in drei Phasen ab. In den Phasen 1 und 2 wird der Werkstoff mikroplastisch verformt. Das Gefüge verliert an Festigkeit. Es entstehen Druckeigenspannungen, die sich den Lastspannungen überlagern und die Belastung stetig verändern. Die Verformungen kommen in der Phase 2 annähernd zum Stillstand. Bei einem kritischen Werkstoff‐ und Eigenspannungszustand, dem Übergang der Phase 2 in die Phase 3, geht die mikroplastische Verformung in einen makroplastischen Vorgang über. Das Gefüge „fließt” in Teilbereichen – entsprechend der dann vorliegenden Richtung der „relativen” Zugspannungen – zunehmend in Richtung Oberfläche. Dort entstehen zu beiden Seiten der Laufbahnfläche Aufwölbungen. Auch in der Laufbahn selbst entstehen Aufwölbungen; sie werden aber durch die Überrollungen wieder eingeebnet. Hierdurch bilden sich Zugeigenspannungen senkrecht zur Oberfläche. Die Eigenspannungen nehmen zu und lösen schließlich während der Entlastung, die der Überrollung folgt, die Bildung von „subsurface cracks” aus. Die Hypothese vermittelt ein Ermüdungsmodell, das die Phänomene, die bislang bei der experimentellen Erforschung des Ermüdungsvorgangs festgestellt wurden, weitgehend erklärt. Sie eröffnet Möglichkeiten, Wälzsysteme auch weiterhin in ihrer Leistungsfähigkeit zu optimieren.