Modellbasierte Korrelation zwischen dem elektrischen Widerstand und der Versetzungsstruktur des ermüdungsbeanspruchten ICE-Radstahls R7 : Gewidmet Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Dietmar Eifler (Technische Universität Kaiserslautern) zur Vollendung seines 65. Lebensjahres Translated title: Model-based correlation between the electrical resistance and the dislocation structure of the fatigue-loaded ICE-railway wheel steel R7

Kurzfassung

Eine gewichtsoptimierte Bauteilauslegung und ausfallsichere Abschätzung der Lebensdauer metallischer Werkstoffe sowie Bauteile setzen ein umfassendes Verständnis der Ermüdungsvorgänge und eine systematische Untersuchung des Ermüdungsverhaltens voraus. Dies wird umso bedeutender, wenn es um die Auslegung hochbeanspruchter komplexer Bauteilgeometrien geht, wie sie im Rad-Schiene-System im Hochgeschwindigkeitspersonenverkehr eingesetzt werden. Zur Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens und der strukturmechanischen Prozesse werden üblicherweise mechanische Spannungs-Dehnungs-Hysteresis-Messungen, aber zunehmend auch verschiedene Arten von Temperatur- und elektrischen Widerstandsmessungen eingesetzt. Insbesondere die elektrische Widerstandsmessung führt zu einem wesentlichen Informationsgewinn, da bereits mikrostrukturelle Veränderungen detektiert werden können, die z. B. auf Veränderungen der Versetzungsdichte und -struktur beruhen. Zudem können diese resistiven Messverfahren auch in Einstufenversuchen mit lastfreien Unterbrechungen und in Betriebslastversuchen zur Charakterisierung des Schädigungsverlaufs herangezogen werden. Im Rahmen dieses Artikels wurden für den ICE-Vollradstahl R7 Kennwerte der (spezifischen) elektrischen Widerstandsänderung ermittelt und beanspruchungs- bzw. lastspielzahlabhängig mit der Veränderung der röntgenografisch ermittelten Versetzungsdichte korreliert.

Abstract

A weight-optimized component design and a precise estimation of the fatigue life or even the remaining service life for metallic materials and components requires a comprehensive understanding of fatigue mechanisms as well as the systematic investigation of the fatigue behaviour. This becomes even more relevant in the case of complex and highly loaded geometries of components which are used e. g. in rail/wheel systems of high-speed passenger transport applications. To characterize the fatigue behaviour and the structure-mechanical processes, usually mechanical stress-strain hysteresis and recently various types of temperature and electrical resistance measurements are applied. In particular, electrical resistance measurements gain in information by measuring microstructural changes which are related to changes in dislocation density and structure. In addition, resistive measurement techniques can be applied in constant amplitude tests interrupted by load-free sequences and also in service load tests for the characterization of damage evolution processes. The research work presented in this paper is focused on the load- and cycle-dependent correlation of (specific) electrical resistance values with dislocation density measurements for the ICE-railway wheel steel R7.