TY - THES

T1 - Einfluss von verschleißreduzierenden Hartschichten auf das Schwingfestigkeitsverhalten

AU - Steinwender, Florian

N1 - gesperrt bis 25-04-2021

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Zur Aufbereitung von Müll, Holz und Grünschnitt werden stationäre und mobile Zerkleinerungsmaschinen eingesetzt, wobei die integrierten maschinenbaulichen Komponenten hohen lokalen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Neben einer komplexen Strukturbeanspruchung unterliegen im Speziellen die Schneidwerkzeuge einem erhöhten Verschleiß, weshalb diese an der Oberfläche mit einer aufgeschweißten Hartschicht verstärkt werden. Dieser komplexer Fertigungsschritt wirkt sich einerseits positiv auf den Verschleißwiderstand aus, wodurch die Standzeit und in weiterer Folge die Wartungszeiten und Kosten reduziert werden und ein effizienter Betrieb dieser Maschinen ermöglicht wird. Andererseits ergibt sich durch die vergleichsweise spröde Hartschicht und dem thermo-mechanischen Auftragsschweißprozess eine Beeinflussung der lokalen Materialeigenschaften im hochbeanspruchten Bereich, woraus eine Reduktion der Ermüdungsfestigkeit resultieren kann. Ziel der Arbeit ist es, den Effekt aufgeschweißter Hartschichten auf die lokale Lebensdauer unter typischen im Betrieb herrschenden Strukturbeanspruchungen zu ermitteln. Für die geforderte Schwingfestigkeitsuntersuchung wurde zunächst eine geeignete Prüfkörpergeometrie und Prüfmethodik erarbeitet, welche die realen Betriebsbedingungen im Versuch abbilden kann. Basierend auf einer umfangreichen experimentellen Studie wurde eine Vielzahl an Schweißproben, mit unterschiedlichen Zusatzwerkstoffen und Schweißprozessparametern gefertigt. Bei den Probenserien wurden zudem auch die Schweißnahtorientierung und der Einfluss des Nahtendes auf die Lebensdauer untersucht. Die Ergebnisse der Versuche zeigen einen signifikanten Einfluss der Hartschicht auf das Ermüdungsverhalten mit einer Reduktion der Langzeitfestigkeit von rund dreißig Prozent gegenüber dem verwendeten Grundmaterial aus Baustahl. Metallographische Untersuchungen und Bruchflächenanalysen, sowie flächige Oberflächenhärtemessungen stellen zusätzlich eine Grundlage für die Charakterisierung lokaler Eigenschaften und deren Auswirkung auf die Lebensdauer dar. Basierend auf den einzelnen Resultaten kann je nach struktureller Ermüdungsbeanspruchung eine spezifische Auswahl der Hartschicht erfolgen, wodurch eine beanspruchungsgerechte Fertigung der Werkzeuge ermöglicht wird.

AB - Zur Aufbereitung von Müll, Holz und Grünschnitt werden stationäre und mobile Zerkleinerungsmaschinen eingesetzt, wobei die integrierten maschinenbaulichen Komponenten hohen lokalen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Neben einer komplexen Strukturbeanspruchung unterliegen im Speziellen die Schneidwerkzeuge einem erhöhten Verschleiß, weshalb diese an der Oberfläche mit einer aufgeschweißten Hartschicht verstärkt werden. Dieser komplexer Fertigungsschritt wirkt sich einerseits positiv auf den Verschleißwiderstand aus, wodurch die Standzeit und in weiterer Folge die Wartungszeiten und Kosten reduziert werden und ein effizienter Betrieb dieser Maschinen ermöglicht wird. Andererseits ergibt sich durch die vergleichsweise spröde Hartschicht und dem thermo-mechanischen Auftragsschweißprozess eine Beeinflussung der lokalen Materialeigenschaften im hochbeanspruchten Bereich, woraus eine Reduktion der Ermüdungsfestigkeit resultieren kann. Ziel der Arbeit ist es, den Effekt aufgeschweißter Hartschichten auf die lokale Lebensdauer unter typischen im Betrieb herrschenden Strukturbeanspruchungen zu ermitteln. Für die geforderte Schwingfestigkeitsuntersuchung wurde zunächst eine geeignete Prüfkörpergeometrie und Prüfmethodik erarbeitet, welche die realen Betriebsbedingungen im Versuch abbilden kann. Basierend auf einer umfangreichen experimentellen Studie wurde eine Vielzahl an Schweißproben, mit unterschiedlichen Zusatzwerkstoffen und Schweißprozessparametern gefertigt. Bei den Probenserien wurden zudem auch die Schweißnahtorientierung und der Einfluss des Nahtendes auf die Lebensdauer untersucht. Die Ergebnisse der Versuche zeigen einen signifikanten Einfluss der Hartschicht auf das Ermüdungsverhalten mit einer Reduktion der Langzeitfestigkeit von rund dreißig Prozent gegenüber dem verwendeten Grundmaterial aus Baustahl. Metallographische Untersuchungen und Bruchflächenanalysen, sowie flächige Oberflächenhärtemessungen stellen zusätzlich eine Grundlage für die Charakterisierung lokaler Eigenschaften und deren Auswirkung auf die Lebensdauer dar. Basierend auf den einzelnen Resultaten kann je nach struktureller Ermüdungsbeanspruchung eine spezifische Auswahl der Hartschicht erfolgen, wodurch eine beanspruchungsgerechte Fertigung der Werkzeuge ermöglicht wird.

KW - fatigue behaviour

KW - hard facing

KW - hard layer

KW - overlay welding

KW - wear protection

KW - Aufpanzerung

KW - Auftragsschweißen

KW - Hartschicht

KW - Schwingfestigkeit

KW - Verschleißschutz

KW - Zerkleinerungsmaschinen

M3 - Masterarbeit

ER -