Der Dauerbruch bezeichnet in der Gießereitechnik das schrittweise Versagen eines Bauteils infolge wiederholt auftretender mechanischer Belastungen, häufig deutlich unterhalb der eigentlichen Festigkeitsgrenzen des verwendeten Werkstoffs.
Was versteht man unter einem Dauerbruch?
Ein Dauerbruch, häufig auch Ermüdungsbruch oder Schwingungsbruch genannt, tritt auf, wenn ein metallisches Bauteil über einen längeren Zeitraum wiederkehrenden, dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Dabei werden Risse gebildet, die zunächst unbemerkt bleiben können, aber allmählich anwachsen, bis schließlich das Bauteil versagt. Dies geschieht oft selbst dann, wenn die allgemeine Belastung weit unterhalb der Zugfestigkeit oder Streckgrenze des Werkstoffes liegt. In der Gießereipraxis tritt der Dauerbruch typischerweise bei Bauteilen wie Achsen, Wellen, Kolben und Kurbelwellen auf.
Ursachen und Mechanismus eines Dauerbruchs
Die Hauptverbraucher eines Dauerbruches sind zyklische Schwankungen der mechanischen Belastungen, wie etwa Vibrationen, rotierende Belastungen oder pulsierende Kräfte. Diese Belastungen initiieren mikroskopisch kleine Risse, oft ausgehend von Materialdefekten, Oberflächenrauheiten oder inneren Spannungskonzentrationen. Durch ständig wiederkehrende Belastungen wachsen diese Risse sukzessiv an, was schließlich zum abrupten Versagen des Bauteils führen kann. Faktoren wie Materialqualität, Oberflächenzustand des Bauteils und Fertigungsverfahren beeinflussen maßgeblich, wie anfällig ein Werkstück für Dauerbruch ist.
Präventive Maßnahmen zur Vermeidung eines Dauerbruchs
Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Gussteilen können durch gezielte Maßnahmen verbessert werden. Dazu zählen die Optimierung des Designs zur Reduktion von Spannungskonzentrationen, sorgfältige Materialauswahl, Oberflächenbehandlungen und gezielte Nachbearbeitungen zur Reduzierung von Oberflächendefekten. Ebenso entscheidend ist eine systematische Kontrolle und Überwachung von Belastungen im Betrieb mittels zerstörungsfreier Prüfungen, wie Ultraschall- oder Röntgenuntersuchungen, um frühzeitig mögliche Ermüdungserscheinungen erkennen und Bauteile austauschen zu können.