Stahl hat aufgrund seiner Eigenschaften ein breites Anwendungsspektrum. Es handelt sich um einen Rohstoff, der sich durch seine hohe Festigkeit, seine Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beschädigungen und die Auswirkungen ungünstiger Witterungsbedingungen auszeichnet. Ein sehr wichtiges Thema ist die Ermüdungsfestigkeit von Stahl. Je nach Art der Eisenlegierung ergeben sich unterschiedliche Werte für die Biege-, Zug- und Torsionsfestigkeit. Unter Materialermüdung versteht man die Verringerung der Festigkeitseigenschaften eines Werkstoffs aufgrund wechselnder Belastungen. Die Zerstörung des Materials erfolgt natürlich nicht sofort, sondern erst nach einer bestimmten Anzahl von Belastungszyklen.
Wann kann man von Materialermüdung sprechen? Wie läuft dieser Prozess ab?
Stahl ist zwar ein äußerst widerstandsfähiges und hartes Material, doch leider wird es durch die verschiedenen Belastungen irgendwann zerstört. Stahl dient u. a. als Baumaterial. Das Problem entsteht, wenn langfristige zyklische Belastungen auftreten, was leider unvermeidlich ist. Es ist leicht zu erraten, dass kontinuierliche Spannungen zu einer Veränderung der Festigkeitseigenschaften des Materials beitragen. Dies wiederum führt zu einer Verkürzung der Lebensdauer, d.h. der Lebensdauer von Bauteilen aus Stahl.
Es sei gleich zu Beginn darauf hingewiesen, dass die Spannkraft nicht hoch sein muss. Es ist vergleichbar mit einem unscheinbaren Wassertropfen, der ein Loch in hartes Gestein bohren kann, wenn er über einen langen Zeitraum hinweg gleichmäßig auf dessen Oberfläche fällt. Bei Stahl ist es nicht anders, die schwankenden Spannungen können das Material zerstören, auch wenn ihre Werte deutlich unter den Festigkeitskennwerten der jeweiligen Eisenlegierung liegen. Von Ermüdung kann also gesprochen werden, wenn sich in einem Werkstoff eine Schädigung entwickelt und durch zyklische Belastungen vergrößert.
Materialermüdung, was ist wissenswert?
Die Ermüdung ist das größte Problem für stahlkonstruktionendenn sie beschleunigt ihren Verfall. Je nach Art des Rohmaterials ist es in der Lage, eine bestimmte Anzahl von Lastwechseln zu tragen. Die Ermüdung wird durch die Art der Belastung, die Belastungsfolge und die Dauer der Belastung beeinflusst. Bei der Planung von Stahlkonstruktionen ist die Ermüdungsfestigkeit der verwendeten Werkstoffe immer ein Thema. Sie wird mit verschiedenen Methoden ermittelt. Das am häufigsten verwendete Verfahren ist wöhler-Verfahren. Die Ermüdungslebensdauer kann nach dem Gesetz der Schadensakkumulation bestimmt werden. Der Bereich der Spannungsamplituden ist ebenfalls eine hilfreiche Determinante. Natürlich reichen diese Methoden nicht aus; es sind noch eine Reihe anderer Verfahren erforderlich. Man kann auch von unbegrenzter Dauerfestigkeit sprechen, wenn kein Ermüdungsbruch auftritt. Die Ermüdungsgrenzwerte sind unterschiedlich, je nachdem, ob sie sich auf Zug, Druck oder Biegung beziehen. Heute werden Ermüdungsprüfungen mit modernen Prüfmaschinen durchgeführt, die mit einem hydraulischen Antrieb ausgestattet sind.