Damage initiation in hard-coated hard metal substrates under normal and tangential loads at elevated temperature

Titel in Übersetzung: Schadensinitiierung in beschichteten Hartmetallsubstraten mit normaler und tangentialer Last

Lukas Walch

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

In der metallverarbeitenden Industrie gehören WC-Co Hartmetalle zu den wichtigsten Werkstoffen für Werkzeuge. Sie werden zum Beispiel zum Fräsen höchstfester Materialien genutzt. Ihre Lebendsauer wird aber oft durch Defekte im Hartmetallsubstrat begrenzt. Zu den Hauptgründen für Defektinitiation und -wachstum zählen die signifikanten, multiaxialen Lasten und hohen Temperaturen an den Schnittkanten solcher Fräswerkzeuge. Derzeit gibt es einen Mangel an Testmethoden, die diese Bedingungen kontrolliert nachstellen können. In dieser Arbeit nutzt ein neuartiger Ball-in-Cone Test einen sphärischen Indenter und eine geneigte Probenoberfläche zur Aufbringung multiaxialer zyklischer Lasten in einer Vakuumkammer bei 700 °C. Mit diesem Aufbau wurden mit TiN-TiB2 hartbeschichtete WC-12 wt. % Co Hartmetallproben mit einer durchschnittlichen Karbidkorngröße von 2 µm hinsichtlich ihres Kontaktermüdungsverhaltens geprüft. Die Gefüge der Proben wurden im Rasterelektronenmikroskop an mittels fokussiertem Ionenstrahl eingebrachten Schnitten dokumentiert. Die im Substrat auftretenden Spannungen wurden mit einer Finite Elemente Simulation untersucht. Dazu wurde ein das Kriechverhalten berücksichtigendes und experimentell parametrisiertes Materialmodell genutzt. Die Simulation ergab Spannungen, die vom reinen Druckbereich bis hin zu Zug-Druckspannungen reichten. Trends in der Defektentwicklung bis zu 10.000 Lastzyklen wurden mit der eingebrachten Mittelspannung in Verbindung gebracht. Eine Mischung aus zyklisch eingebrachten Zug-Druckspannungen führte immer zu einer höheren Defektanzahl als reine Druckspannungen. Mit dem Ball-in-Cone Test kann so die Schadensinitiation in multiaxialen Lastsituationen bei hohen Temperaturen untersucht werden.
Titel in ÜbersetzungSchadensinitiierung in beschichteten Hartmetallsubstraten mit normaler und tangentialer Last
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Ebner, Reinhold, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung25 Juni 2021
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • WC-Co
  • Hartmetall
  • hartbeschichtet
  • Ball-in-Cone
  • Hochtemperatur
  • Schädigungsinitiation
  • Defektinitiation
  • multiaxiale Lasten
  • Tangentiallast
  • Normallast

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