Formzahl
Die Formzahl ist das Verhältnis der höchsten Spannung an einer Kerbe zur Nennspannung im ungestörten Querschnitt. Sie zeigt, wie stark eine geometrische Störung die Spannung erhöht. Eine hohe Formzahl bedeutet hohe Spannungsspitzen und damit erhöhte Rissgefahr.
Physikalisch-chemischer Wirkmechanismus
An einer Kerbe drängen sich die Kraftlinien zusammen. Die Spannung steigt lokal stark an. Die Formzahl (αK) = maximale Kerbspannung / Nennspannung. Sie ist eine reine Geometriezahl. Sie hängt nur von Kerbradius, Kerbtiefe und Bauteilform ab, nicht vom Werkstoff. Beispiel: Eine scharf eingekerbte Welle hat Formzahl 3 bis 5, eine glatte Welle hat Formzahl 1.
Metallurgische Relevanz & Risiken beim Schweißen
Schweißnähte erzeugen natürliche Kerben: Nahtübergang, Wurzelkerbe, Einbrandkerbe, Poren oder Schlackeneinschlüsse. Hohe Formzahl erhöht die lokale Spannung. Sie kann die Streckgrenze überschreiten. Dann entstehen Mikrorisse. Bei zähem Werkstoff baut sich Spannung durch Fließen ab. Bei sprödem Gefüge (Martensit) reißt das Bauteil sofort. Besonders gefährlich: Ermüdung und Kaltrisse.
Werkstattpraxis & Handlungsanweisungen
Reduziere die Formzahl an jeder Kerbe. Schleife Nahtübergänge glatt und kerbfrei. Vermeide Einbrandkerben und schroffe Querschnittswechsel. Prüfe kritische Stellen mit Eindringprüfung oder Magnetpulverprüfung. Bei Schwingbelastung: Nahtübergang mit Radius mindestens 2 mm verschleifen. Ziel: Formzahl unter 1,5 drücken. Das kann die Lebensdauer um Faktor 3 bis 10 erhöhen.