TY - THES

T1 - Zähigkeitsmessung an keramischen Kugeln

AU - Strobl, Stefan

N1 - gesperrt bis 16-02-2011

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Am Institut für Struktur- und Funktionskeramik wurde vor kurzem der Kerbkugelversuch (KKV) erfolgreich etabliert, um die Festigkeit keramischer Kugeln zu prüfen. Die Kugel wird in der Äquatorebene zu rund 80 % des Durchmessers eingeschnitten und eine Kraft mit zwei Stempeln an den Polen eingeleitet. Durch das Zusammendrücken der Kerbe werden Zugspannungen auf der dem Kerb gegenüberliegenden Oberäche der Kugel erzeugt. Mit der Bruchkraft und der Geometrie der Kerbkugel kann die maximale Spannung berechnet werden, die zur Bestimmung der Festigkeit herangezogen wird. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Bestimmung der Bruchzähigkeit KIc entwickelt, bei dem die genormte Surface Crack in Flexure-Methode modiziert und auf eine gekerbte Kugel angewendet wird. Mit einem Knoop-Härteeindruckkörper wird ein halbelliptischer Riss in die dem Kerb gegenüberliegende Oberäche der Kugel eingebracht. Der KKV dient als Belastungsgrundlage, mit dem ein gut deniertes Spannungsfeld im Bereich des Risses erzeugt werden kann. Um die Größe des Risses zu bestimmen, wird dieser mit uoreszierender Risseindringfarbe dekoriert und unter UV-Licht vermessen. Mit der Rissgeometrie und dem Newman-Raju Modell wird der Geometriefaktor berechnet, indem das Ligament der Kerbkugel als Balken approximiert wird. Es werden mögliche Messunsicherheiten sowie die Durchführbarkeit der neuen Methode für verschiedene Geometrien der Probe und des Risses studiert. Anhand eines Referenzmaterials, von dem Kugel- als auch Balkenproben vorliegen, kann ein Vergleich mit bereits etablierten Zähigkeitsmessverfahren stattnden. Es wird gezeigt, dass mit dieser neuen Methode die Bruchzähigkeit korrekt bestimmt werden kann. Weiters wird die Methodik auch an Kugeln aus anderen gängigen Strukturkeramiken angewendet und so die materialspezischen Möglichkeiten und Grenzen in der Durchführung bzw. Auswertbarkeit des entwickelten Verfahrens ermittelt. Da keine gesonderten Probenkörper hergestellt werden müssen, sondern die Komponenten (i. e. die Kugeln) selbst als Proben dienen, kann das Verfahren als Bauteiltest sowie zur Materialauswahl und -charakterisierung verwendet werden.

AB - Am Institut für Struktur- und Funktionskeramik wurde vor kurzem der Kerbkugelversuch (KKV) erfolgreich etabliert, um die Festigkeit keramischer Kugeln zu prüfen. Die Kugel wird in der Äquatorebene zu rund 80 % des Durchmessers eingeschnitten und eine Kraft mit zwei Stempeln an den Polen eingeleitet. Durch das Zusammendrücken der Kerbe werden Zugspannungen auf der dem Kerb gegenüberliegenden Oberäche der Kugel erzeugt. Mit der Bruchkraft und der Geometrie der Kerbkugel kann die maximale Spannung berechnet werden, die zur Bestimmung der Festigkeit herangezogen wird. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Bestimmung der Bruchzähigkeit KIc entwickelt, bei dem die genormte Surface Crack in Flexure-Methode modiziert und auf eine gekerbte Kugel angewendet wird. Mit einem Knoop-Härteeindruckkörper wird ein halbelliptischer Riss in die dem Kerb gegenüberliegende Oberäche der Kugel eingebracht. Der KKV dient als Belastungsgrundlage, mit dem ein gut deniertes Spannungsfeld im Bereich des Risses erzeugt werden kann. Um die Größe des Risses zu bestimmen, wird dieser mit uoreszierender Risseindringfarbe dekoriert und unter UV-Licht vermessen. Mit der Rissgeometrie und dem Newman-Raju Modell wird der Geometriefaktor berechnet, indem das Ligament der Kerbkugel als Balken approximiert wird. Es werden mögliche Messunsicherheiten sowie die Durchführbarkeit der neuen Methode für verschiedene Geometrien der Probe und des Risses studiert. Anhand eines Referenzmaterials, von dem Kugel- als auch Balkenproben vorliegen, kann ein Vergleich mit bereits etablierten Zähigkeitsmessverfahren stattnden. Es wird gezeigt, dass mit dieser neuen Methode die Bruchzähigkeit korrekt bestimmt werden kann. Weiters wird die Methodik auch an Kugeln aus anderen gängigen Strukturkeramiken angewendet und so die materialspezischen Möglichkeiten und Grenzen in der Durchführung bzw. Auswertbarkeit des entwickelten Verfahrens ermittelt. Da keine gesonderten Probenkörper hergestellt werden müssen, sondern die Komponenten (i. e. die Kugeln) selbst als Proben dienen, kann das Verfahren als Bauteiltest sowie zur Materialauswahl und -charakterisierung verwendet werden.

KW - Bruchzähigkeitsmessung Keramikkugeln Kugellagerkugeln Festigkeit Fraktographie

KW - fracture toughness measurement ceramic balls ceramic bearing balls strength fractography

M3 - Diplomarbeit

ER -