TP1: Verschleiß-, Korrosions- und Ermüdungsverhalten von HGSS-Funktionsflächen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Rico Drehmann; Professor Dr.-Ing. Thomas Lampke
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460484491

Durch Hochgeschwindigkeitsscherschneiden (HGSS) erzeugte Schnittflächen können in Abhängigkeit vom Werkstoff und den gewählten Prozessparametern adiabatische Scherbänder (ASB) enthalten. Dabei handelt es sich um mikrostrukturell klar vom Grundwerkstoff abgegrenzte, homogene Zonen, die ein im Vergleich zum umgebenden Werkstoff deutlich verändertes Eigenschaftsprofil, wie bspw. eine höhere Härte, aufweisen. Die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von HGSS-Schnittflächen sind jedoch bislang weitgehend unerforscht. Im Fokus von Teilprojekt 1 steht daher die wissenschaftlich fundierte Beantwortung der Frage, wie sich HGSS-Schnittflächen unter tribologischer, korrosiver und zyklischer mechanischer Belastung verhalten. Dies ist unmittelbar verknüpft mit der Notwendigkeit, ein grundlegendes Verständnis der dabei wirkenden Mechanismen und somit der Identifikation von Prozess-Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen zu erlangen. Voraussetzung hierfür ist die in Abstimmung mit den Forschungsgruppen-Partnern durchzuführende Interpretation der Ergebnisse der Verschleiß-, Korrosions- und Ermüdungsversuche, d. h. die Korrelation der ermittelten Schnittflächeneigenschaften mit den Prozessparametern und der daraus entstehenden Mikrostruktur. Die tribologischen Untersuchungen umfassen verschiedene Verschleißtests, die unterschiedliche Belastungsregime abbilden. So wird das Werkstoffverhalten sowohl von ebenen als auch gekrümmten HGSS-Schnittflächen bei furchender, gleitender und wälzender Beanspruchung mit und ohne Zwischenmedium systematisch erforscht. Die Charakterisierung des Korrosionsverhaltens erfolgt skalenübergreifend. Einerseits wird das makroskopische Verhalten in Tauch- und Salzsprühnebeltests bestimmt. Andererseits wird mit einer Mikrokorrosionszelle die Korrosionsbeständigkeit einzelner Gefügebestandteile des ASB und des umgebenden Werkstoffs vergleichend bewertet. Mittels speziell konzipierter Probengeometrien erfolgt ferner die Erforschung der Ermüdungseigenschaften von ASB, die in einem weiten Dehnratenbereich (10²–10⁵ s-¹) erzeugt wurden. Darüber hinaus werden zur Beurteilung des Werkstoffverhaltens die Eigenspannungen von HGSS-Schnittflächen durch Röntgendiffraktion (XRD) gemessen. Die so ermittelten Makro- und Mikroeigenspannungen dienen einerseits der Interpretation der Ergebnisse der tribologischen, korrosiven und zyklischen mechanischen Versuche und andererseits stellen sie wichtige Bewertungs- und Validierungsgrößen für die Mikrostrukturmodellierung bzw. Prozesssimulation der Projektpartner dar. Die in TP1 erzielten Forschungsergebnisse sind die Grundlage für die Bewertung der Gebrauchseigenschaften und damit der Praxistauglichkeit von HGSS-Schnittflächen. Über eine Rückkopplung mit den anderen Teilprojekten ermöglichen die Ergebnisse auch die direkte Einflussnahme auf die Gestaltung des HGSS-Prozesses und somit eine gezielte Einstellung der Eigenschaften der Funktionsfläche.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5380: Funktionsflächen durch adiabatische Hochgeschwindigkeitsprozesse: Mikrostruktur, Mechanismen und Modellentwicklung – FUNDAM³ENT