Computational lifetime prediction of hydrogen influenced lubricated rolling contact components –CoLifeHy–
Engineering Design, Machine Elements, Product Development
Final Report Abstract
Das Hauptziel von CoLifeHy ist es, numerische Simulationsmethoden mit validierten experimentellen Verfahren zu kombinieren, um das HARCF-Verhalten in Wälzlagern in Abhängigkeit von folgenden Faktoren zu beschreiben: dem Wasserstoffgehalt im Lagerstahl und dessen Einfluss auf das mechanische Verhalten, den Eigenspannungsprofilen und deren Einfluss auf die Wasserstoffdiffusion und -akkumulation sowie der Wasserstoffbindung im Stahl, die durch Fallendichte und -energien bestimmt wird. Es konnte gezeigt werden, dass bei Verwendung verschiedener Schmierstoffe in einem Wälzlager unterschiedlicher Mengen an atomarem Wasserstoff gebildet werden. Dabei wurden Lagerkomponten nach Versuchsende auf ihren Wasserstoffgehalt untersucht. Daraus ergab sich eine Korrelation zwischen erhöhtem Wasserstoffgehalt und frühzeitigem Ausfall der Wälzlager. Darüber hinaus wurden Eigenspannungen an den Lagerringen gemessen. Es wurde eine Korrelation zwischen Eigenspannungen bzw. Eigenspannungsgradienten sowie Zugspannungen und dem Auftreten der white etching crack (WEC) Schädigungen ermittelt. Um den Einfluss von Wasserstoff auf den Werkstoff abzuschätzen, wurden Zugversuche durchgeführt. Der Wärmebehandlungszustand der Zugproben wurde dafür identisch zu Wälzlagerkomponenten ausgeführt. Zunächst wurden Komponenten unter verschiedenen Wasserstoffdrücken ausgelagert, um die druckabhängige Sättigungskonzentration zu erhalten. Daraufhin wurden Zugproben mit gasförmigem Wasserstoff beladen und geprüft. Dabei zeigte sich eine Reduktion der Zugfestigkeit um 60% zu den unbeladenen Referenzproben. Das Versagen erfolgte ideal spröde. Darüber hinaus wurden Lagerversuche frühzeitig abgebrochen und darauf untersucht, ob sich bereits Risse unterhalb der Oberfläche gebildet hatten, und um die Risslänge quantifizieren zu können. Dabei wurden an Silikateinschlüssen Anrisse entdeckt. Diese Daten werden dafür herangezogen, eine Risswachstumsberechnung nach dem Paris-Gesetz anzusetzen. Mit Literaturdaten kann das Versagen bei verschiedenen Belastungen gut vorhergesagt werden.
Publications
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Untersuchung der Diffusion und Akkumulation von Wasserstoff im Walzkontakt und Möglichkeiten zur Vermeidung der WEC-Bildung, S. 333-342, ISBN: 978-3-18-092415-1
Baur, M.
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Vortrag, MSE 2022, Darmstadt, Oktober 2022, Computational lifetime prediction of hydrogen influenced lubricated rolling contact components
Dominik Kürten, Andreas Kailer & Iyas Khader
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Vortrag Kürten, D., 15.VDI-Fachtagung Gleit- und Wälzlagerungen, Juni 2023, Untersuchung zur Wasserstofffreisetzung im Roll-und Gleitkontakt für unterschiedliche Schmierstoffformulierungen
Kürten, D.
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Vortrag, 15.VDI-Fachtagung Gleit- und Wälzlagerungen, Juni 2023, Untersuchung der Diffusion und Akkumulation von Wasserstoff im Walzkontakt und Möglichkeiten zur Vermeidung der WEC-Bildung
Dominik Kürten, Andreas Kailer & Iyas Khader
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Premature Damage in Bearing Steel in Relation with Residual Stresses and Hydrogen Trapping. Lubricants, 12(9), 311.
Baur, Maximilian; Khader, Iyas; Kürten, Dominik; Schieß, Thomas; Kailer, Andreas & Dienwiebel, Martin
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Vortrag, 64.GfT-Tagung, September 2024, Premature Damage in Bearing Steel in Correlation with Residual Stresses and Hydrogen Accumulation
Dominik Kürten, Andreas Kailer & Iyas Khader
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Poster, 16.VDI-Fachtagung Gleit- und Wälzlagerungen, Juni 2025, Untersuchungen zu Axial-Rillenkugellagern unter Wasserstoffatmosphäre
Dominik Kürten, Andreas Kailer & Iyas Khader
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Untersuchungen zu Axial-Rillenkugellagern unter Wasserstoffatmosphäre, S. 407-413, ISBN: 978-3-18-092453-3
Baur, M.
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Vortrag, 1. H2-MSE, Januar 2025, Influence of hydrogen on material properties of bearing steel and the correlation with premature bearing damage
Dominik Kürten, Andreas Kailer & Iyas Khader
