28.04.2023
Forschung
Die „Dauerfestigkeit“ eines Materials zu ermitteln, ist bislang ein teures Unterfangen: Eine Materialprobe, beispielsweise eine neu entwickelte Stahl-Legierung, wird im Prüflabor zwei bis zehn Millionen Mal mit einer definierten Kraft be- und wieder entlastet. Das Ganze wird dann an mindestens 10 Proben wiederholt und am Ende erhalten die Werkstoffprüfer einen Wert, der die Grenze definiert, ab der ein Material unsicher wird.
Werkstoffwissenschaftler an der Universität des Saarlandes haben nun mit der quantitativen Thermometrie eine Jahrzehnte alte Methode aufs Neue untersucht, die die Dauerfestigkeit eines Materials statt mit vielen Proben mit nur einer Messung abschätzen kann. Dabei wird die Temperaturveränderung gemessen, die ein Material während der Be- und Entlastung erfährt. Die Methode hat bisher in der Wissenschaft keinen großen Widerhall gefunden. Ihr Entwickler war jahrzehntelang in der Industrie tätig und hat wissenschaftlich kaum publiziert, sodass das komplizierte und teure Wöhlerverfahren seit 1871 der wissenschaftliche Goldstandard blieb. Das könnte sich nun ändern, denn der Versuchsaufbau der Saarbrücker Werkstoffwissenschaftler mit Sensoren aus Rauchmeldern hat gerade einmal 114 Euro gekostet und mit einer einzigen Probe dasselbe Ergebnis erzielt.
Die Proben werden in den Versuchsaufbau eingespannt und die Veränderung unter Ermüdungsbelastung gemessen. Im Kern kann anhand der Temperaturentwicklung in der Stahlprobe ergründet werden, was auf atomarer Ebene im Material geschieht und so die Dauerfestigkeit bestimmt werden. Bereits nach einigen Stunden liegt eine valable Messkurve hoher Genauigkeit vor. Die Methode wurde 1982 an der Materialprüfanstalt in Stuttgart erstmals erprobt, litt aber an der damals noch schlechteren Messtechnik. Wenn das Verfahren die Industrie überzeugt und tatsächlich in großem Maßstab eingesetzt wird, kann dies eine Grundlage sein, Brücken, Fahrzeuge und tausende weitere Produkte zu bauen, deren Festigkeit mit annähernd hundertprozentiger Sicherheit für eine lange Zeit garantiert werden kann.
