TY - BOOK

T1 - Oberflächenermüdung von nitrierten, einsatz- und durchgehärteten Werkstoffen

AU - Trausmuth, Andreas

N1 - nicht gesperrt

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Bei kontaktbeanspruchten Maschinenbauteilen, wie zum Beispiel Wälzlager, Zahnräder, usw. treten unterschiedliche lokale Verschleißmechanismen (Adhäsion, Abrasion, Oberflächenzerrüttung, usw.) an den Kontaktflächen auf. Diese beeinträchtigen im Laufe des Betriebs zunehmend die Funktionalität der Teile oder führen sogar zu einem tribologisch bzw. zyklisch-mechanischem Versagen der Bauteile. Diese Schädigungen werden entweder durch Materialabtrag oder durch Materialermüdung unterhalb der Oberfläche hervorgerufen. Die vorliegende Arbeit untersucht anhand von Überroll-Ermüdungs-Versuchen (engl. Rolling-Contact-Fatigue, RCF), Schadensanalysen und begleitender Finite Elemente Berechnungen die Unterschiede von einsatzgehärteten, plasmanitrierten und durchgehärteten Werkstoffen bezogen auf die Tragfähigkeit. Die einsatzgehärteten, plasmanitrierten bzw. durchgehärteten Werkstoffen werden hinsichtlich ihrer Eignung für zyklische Überroll-Beanspruchung charakterisiert. Durch Erstellung eines Schadensmodells für Punkt- und Linienkontakt wird die technologische Randschichtbehandlung mit den experimentell festgestellten Schädigungen und der numerisch ermittelten Spannungsgröße in direkten Zusammenhang gebracht. Dadurch kann eine Mindesthärtetiefe ermittelt werden. Es wurde ein zweistufiges Wöhlerlinienmodell ohne ausgeprägte Dauerfestigkeit entwickelt und die Anwendbarkeit wurde durch zahlreiche experimentelle Untersuchungen nachgewiesen. Empfehlungen für die technisch-wirtschaftlich optimale Wahl der Einsatz- bzw. Nitrierhärtetiefe der Randschicht sind in der Arbeit formuliert. Umfassende metallographische Untersuchungen sowie Eigenspannungs- und Restaustenitmessungen zur Diskussion der werkstofflichen Änderung unter Überrollbeanspruchung vervollständigen diese Arbeit. Allgemein kann festgestellt werden, dass mit zunehmender Zyklenzahl die Eigenspannungen zunehmen und der Restaustenit abnimmt. Es ist zu betonen, dass die zyklische Überroll-Eignung keinesfalls von statischen oder zyklischen Werkstoffkennwerten ableitbar ist. Auf Grund des entwickelten Modells kann rechnerisch die werkstoffliche Beanspruchbarkeit mit der lokalen Überrollbeanspruchung, abhängig vom jeweiligen örtlichen Verlauf der Kontaktpressung und des Schlupfes, miteinander verglichen werden. Somit wird eine Lebensdaueraussage ermöglicht.

AB - Bei kontaktbeanspruchten Maschinenbauteilen, wie zum Beispiel Wälzlager, Zahnräder, usw. treten unterschiedliche lokale Verschleißmechanismen (Adhäsion, Abrasion, Oberflächenzerrüttung, usw.) an den Kontaktflächen auf. Diese beeinträchtigen im Laufe des Betriebs zunehmend die Funktionalität der Teile oder führen sogar zu einem tribologisch bzw. zyklisch-mechanischem Versagen der Bauteile. Diese Schädigungen werden entweder durch Materialabtrag oder durch Materialermüdung unterhalb der Oberfläche hervorgerufen. Die vorliegende Arbeit untersucht anhand von Überroll-Ermüdungs-Versuchen (engl. Rolling-Contact-Fatigue, RCF), Schadensanalysen und begleitender Finite Elemente Berechnungen die Unterschiede von einsatzgehärteten, plasmanitrierten und durchgehärteten Werkstoffen bezogen auf die Tragfähigkeit. Die einsatzgehärteten, plasmanitrierten bzw. durchgehärteten Werkstoffen werden hinsichtlich ihrer Eignung für zyklische Überroll-Beanspruchung charakterisiert. Durch Erstellung eines Schadensmodells für Punkt- und Linienkontakt wird die technologische Randschichtbehandlung mit den experimentell festgestellten Schädigungen und der numerisch ermittelten Spannungsgröße in direkten Zusammenhang gebracht. Dadurch kann eine Mindesthärtetiefe ermittelt werden. Es wurde ein zweistufiges Wöhlerlinienmodell ohne ausgeprägte Dauerfestigkeit entwickelt und die Anwendbarkeit wurde durch zahlreiche experimentelle Untersuchungen nachgewiesen. Empfehlungen für die technisch-wirtschaftlich optimale Wahl der Einsatz- bzw. Nitrierhärtetiefe der Randschicht sind in der Arbeit formuliert. Umfassende metallographische Untersuchungen sowie Eigenspannungs- und Restaustenitmessungen zur Diskussion der werkstofflichen Änderung unter Überrollbeanspruchung vervollständigen diese Arbeit. Allgemein kann festgestellt werden, dass mit zunehmender Zyklenzahl die Eigenspannungen zunehmen und der Restaustenit abnimmt. Es ist zu betonen, dass die zyklische Überroll-Eignung keinesfalls von statischen oder zyklischen Werkstoffkennwerten ableitbar ist. Auf Grund des entwickelten Modells kann rechnerisch die werkstoffliche Beanspruchbarkeit mit der lokalen Überrollbeanspruchung, abhängig vom jeweiligen örtlichen Verlauf der Kontaktpressung und des Schlupfes, miteinander verglichen werden. Somit wird eine Lebensdaueraussage ermöglicht.

KW - Tribologisches System

KW - Überrollbeanspruchung

KW - Tragfähigkeit

KW - Kugel-auf-Stift Prüfstand

KW - Dreischeibenprüfstand

KW - Kontakt-Zeitfestigkeit

KW - Tribologic system

KW - rolling contact stress

KW - load-carrying capacity

KW - ball on rod test stand

KW - three rolling contact test stand

KW - contact fatigue strength

M3 - Dissertation

ER -