Werkstoffauswahl und Konstruktion

Bei einem Bauteil, das bei einer Spannung in Höhe seiner Streckgrenze σy eingesetzt wird, lässt sich die größte Rissgröße, bei der es noch vor einem Sprödbruch fließt, mit a = (1/π)(K_IC/σy)² abschätzen (Geometriefaktor Y = 1). Welcher Wert kommt dieser kritischen Risslänge bei einem Stahl mit σy = 800 MPa und K_IC = 120 MPa·√m am nächsten?

  1. Aca. 7,2 mm
  2. Bca. 23 mm
  3. Cca. 0,35 mm
Lösung und Erläuterung anzeigen

Lösung: A. ca. 7,2 mm

K_IC/σy = 120/800 = 0,15 √m, also a = (0,15)²/π = 0,0225/π ≈ 7,2×10⁻³ m, ca. 7,2 mm. Bei kürzeren Rissen fließt das gesamte Bauteil, bevor es vom Riss ausgehend bricht; es verformt sich also vor dem Bruch deutlich, und der Schaden kann bemerkt werden. Ca. 23 mm vergisst die Division durch π (0,0225 m). Ca. 0,35 mm ergäbe sich bei einem anderen, hochfesten Stahl (σy = 1500 MPa, K_IC = 50 MPa·√m); bei Werkstoffen mit hoher Festigkeit und geringer Zähigkeit führen schon kleine, bei der Prüfung schwer auffindbare Risse vor dem Fließen zum Bruch. Soll ein Bruch vermieden werden, wählt man den Werkstoff daher nicht nur nach der Festigkeit, sondern mit K_IC/σy als Materialindex aus und vergleicht mit den Rissgrößen, die die Prüfung erkennen kann.

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