Autor: Marcel Angst

II Kurzfassung Seltene große nichtmetallische Einschlüsse in Einsatz- und Vergütungsstählen für hochbeanspruchte Komponenten des Common-Rail-Systems in Dieselmotoren haben einen signifikanten Einfluss auf die zyklische Werkstoffbeanspruchbarkeit. Bisherige Prüfmethoden zur Ermittlung des Reinheitsgrads konnten diesen kritischen Größenbereich statistisch nicht erfassen, sodass hierfür keine Referenzdaten zur Einschlussgrößenverteilung verfügbar sind. Daher sind bislang keine Aussagen bezüglich Werkstoffbeanspruchbarkeit und Bauteillebensdauer auf Basis der Einschlussgrößenverteilung möglich. In dieser Arbeit konnten die Prüfparameter der Ultraschall-Tauchtechnik werkstoffspezifisch derart an die verwendeten Einsatz- und Vergütungsstähle angepasst werden, dass der mesoskopische Reinheitsgrad ermittelt und Einflussfaktoren des Stahlherstellungsprozesses untersucht werden konnten. Die vorgestellten erweiterten Auswertungsmethoden auf Basis der Ultraschall-Tauchtechnik ermöglichen unter anderem eine zuverlässige Absenkung der Detektionsgrenze bis hin zum mikroskopischen Reinheitsgrad und die Ableitung einer Fehlstellenstatistik für mesoskopische Einschlüsse. Die Gegenüberstellung der Fehlstellenstatistiken zeigt quantitativ, dass eine Extrapolation des mikroskopischen zum mesoskopischen Reinheitsgrad auch mit Extremwertstatistik nicht möglich ist. Die in diesem Projekt ermittelte Fehlstellenstatistik zu seltenen mesoskopischen nichtmetallischen Einschlüssen kann als Datenbasis für geeignete Werkstoffmodelle zur Vorhersage der Bauteillebensdauer genutzt werden. III Abstract The presence of rare and large nonmetallic inclusions in case hardening and tempered steel can significantly influence the fatigue strength of highly loaded components of the common rail system in diesel engines. State of the art testing methods of material cleanliness could not assess this critical size range sufficiently. Thus, no comprehensive database for cleanliness or size distribution for the mentioned steel grades and size range is available. Without this database, it is not possible to determine the fatigue strength of common rail system components due to rare nonmetallic inclusions. Depending on the considered steel grade, the parameters of ultrasonic immersion testing could be adjusted to determine the mesoscopic cleanliness and investigate the influencing factors during steel production. Due to extended evaluation methods based on ultrasonic immersion testing, the detection limit can be reliably decreased to microscopic cleanliness, which allows the determination of the size distribution of the mesoscopic inclusions. The quantitative comparison of size distributions of microscopic and mesoscopic inclusions leads to the conclusions, that even with help of statistics of extreme, it is not possible to extrapolate from microscopic cleanliness to mesoscopic cleanliness. The determined defect size distribution can now be used as an input data for defect models to estimate the fatigue strength of components for the common rail system due to rare mesoscopic nonmetallic inclusions.