Ermüdungswiderstands

Der Ermüdungswiderstand beschreibt die Fähigkeit eines Materials, zyklischen Belastungen standzuhalten, ohne Risse oder Versagen. Im Maschinenbau wird zwischen Hochzyklus- und Niedrigzyklusermüdung unterschieden. Die Lebensdauer bis zum Versagen, Nf, hängt von Spannungsamplitude, Frequenz und Beanspruchungsart ab.

Wichtige Einflussgrößen sind Mikrostruktur, Gefüge, Wärmebehandlung, Oberflächenbeschaffenheit und residuale Spannungen, sowie Umweltbedingungen wie Korrosion oder Temperaturwechsel. Notch-Effekte, Materialfehler, Größe des Bauteils und Beanspruchungsart beeinflussen den Ermüdungswiderstand deutlich. Bei vielen Stählen besteht eine Dauerfestigkeit; unterhalb dieses Grenzwerts versagt der Bauteil oft nicht. Bei anderen Werkstoffen ist diese Grenze nicht eindeutig vorhanden.

S-N-Kurven (Wöhler-Kurven) erfassen den Zusammenhang von Spannungsamplitude und Zyklen bis zum Versagen. Mittelspannungswirkungen werden mit Goodman- oder Gerber-Korrekturen berücksichtigt. Die Ermüdungsfestigkeit dient in der Praxis der sicherheitsorientierten Lebensdauerplanung.

Anwendungen finden sich in Zahnrädern, Wellen, Flugzeugstrukturen und Brückenbauteilen. Zur Erhöhung des Ermüdungswiderstands werden Oberflächenbehandlungen (Härten, Nitrieren, Glätten), Wärmebehandlung, geeignete Werkstoffe und Designs sowie die Vermeidung von Stresskonzentrationen eingesetzt. Umwelt- und Temperaturbedingungen werden in der Auslegung berücksichtigt.

Materialien: Metallische Werkstoffe wie Stähle und Legierungen zeigen oft gute Ermüdungseigenschaften; Aluminium-, Titanlegierungen und faserverstärkte Verbundwerkstoffe verhalten sich unterschiedlich. Bei Verbundwerkstoffen können Delamination und mehrachige Ermüdung dominieren. Die Auslegung unterscheidet zwischen Dauerfestigkeit und erwarteter Lebensdauer; nicht alle Materialien besitzen eine klare Dauerfestigkeit.