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Projekt
Analyse der Feinkornbildung in lokal mehrdimensionalen Spannungsfeldern während zyk-lischer Zug-Druck- und überlagerter Druckschwell-Wechseltorsions-Beanspruchung
Antragsteller
Professor Dr. Eberhard Kerscher
Fachliche Zuordnung
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523648868
Wälzlager ermöglichen den reibungsarmen Betrieb relativ zueinander bewegter Teile und gehören dadurch zu den wichtigsten Maschinenelementen. Sie werden besonders im hochwertigen Maschinenbau vielfach eingesetzt. Das Versagen von Wälzlagern hat oft große wirtschaftliche Schäden durch Reparatur, Austausch und Sekundärschäden zur Folge. Durch die komplexen Lastverhältnisse und zahlreichen Einflussfaktoren aus Montage und Betrieb gibt es viele verschiedene Versagensursachen, z. B. Ausbrüche, Graufleckigkeit oder Grübchenbildung. Aus diesem Grund wurden und werden weiterhin große Anstrengungen unternommen, um die Zuverlässigkeit von Wälzlagern zu erhöhen, was gerade auch im Hinblick auf Nachhaltigkeit nach wie vor eine extrem wichtige Herausforderung darstellt. Heutige Wälzlager können u. A. dank erhöhter Stahlreinheitsgrade und verbesserter Schmiermittel für ihren Anwendungsfall gut ausgelegt werden und prinzipiell sehr hohe Laufzeiten erreichen. Seit ca. 20 Jahren kommt es jedoch immer wieder zu Frühausfällen von Wälzlagern durch sogenannte White Etching Cracks (WEC), die auf keine der üblichen Ursachen zurückgeführt werden können. Es handelt sich dabei um Gruppen und Netzwerke von Rissen, auf deren Flanken eine weiß anätzende, veränderte Mikro-struktur die sogenannte White Etching Area (WEA) auftritt. Ähnliche mikrostrukturelle Veränderungen werden auch bei der einachsigen Ermüdung nach sehr hohen Lastspielzahlen (VHCF) in der direkten Umgebung um nichtmetallische Einschlüsse beo-bachtet. Man spricht in diesem Fall von feinkörnigen Zonen (fine granular area, FGA). Die beiden Phänomene WEA/WEC und FGA wurden bisher meist getrennt voneinander beobachtet und unabhängig voneinander Modelle zu möglichen Entstehungsmechanismen entwickelt. In Vorarbeiten ist es gelungen, mit zyklischen Druck-Torsions-Versuchen den lokalen Spannungszustand, der in Wälzlagern auftreten kann, so an Proben nachzubilden, dass dort im Anrissbereich ebenfalls eine Feinkornbildung beobachtet werden konnte, die sich in ihrer mechanischen Härte und im Ionen-induzierten Sekundärelektronenbild nicht von Feinkornzonen in WEA unterscheidet. Diese Feinkornbildung trat nur bei einer bestimmten Phasenbeziehung zwischen zyklischer Druckschwellbeanspruchung und Wechseltorsion auf, während bei einer zweiten untersuchten Phasenbeziehung keine Feinkornbildung erzeugt werden konnte. Daraus schließt der Antragsteller, dass die Feinkornbildung sehr sensitiv von dem lokal vorliegenden mehrachsigen Spannungszustand abhängt. In diesem Forschungsvorhaben soll untersucht werden, ob bei der WEA/WEC- und FGA-Bildung ähnliche mikrostrukturelle Veränderungen während des Betriebs von Wälzlager bzw. bei der ultrahochzyklischen Ermüdung auftreten und ob ihnen ein gemeinsamer Mechanismus zugrunde liegt. Dabei fokussiert sich das Teilprojekt auf die Untersuchung der für die Feinkornbildung relevanten Spannungszustände und den Einfluss von Wasserstoff.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
