Verhalten von Plasmanitrierschichten unter Kontaktbeanspruchung

Andreas Trausmuth

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

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Abstract

An viele Maschinenelemente wie zum Beispiel Zahnräder, Wälzlager oder den Kontakt zwischen Rad und Schiene werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Tragfähigkeit unter zyklischer Überrollbeanspruchung gestellt. Die vorliegende Arbeit untersucht anhand von Rolling-Contact Versuchen (RCF), Schadensanalysen und begleitender Finite Elemente Berechnungen die Einflüsse und Unterschiede von einsatzgehärteten und plasmanitrierten Schichten auf die Tragfähigkeit. Für die Versuche mit Punktberührung wurde der Kugel-auf-Stift Prüfstand (BoR), und für die Versuche mit Linienberührung der Zweischeibenprüfstand (2-RCF) gewählt. Es wurden zahlreiche Prüfungen in unterschiedlichsten Betriebsbereichen durchgeführt. In Abhängigkeit von der jeweiligen Tragfähigkeitsgrenze werden unterschiedlichste Schadensmechanismen aktiviert, welche im Rahmen einer umfangreichen Schadensanalyse erfasst und diskutiert wurden. Durch die strukturierte Vorgehensweise konnten folgende Unterschiede festgestellt werden: Bei punktförmigen Kontakten treten plastische Verformungen als Dark Etching Area (DEA) unterhalb der Kontaktzone auf. Bei linienförmigen Beanspruchungen steht der flächige-abrasive Oberflächenverschleiß im Vordergrund. Der Vergleich von einsatzgehärteten und plasmanitrierten Werkstoffen bei linienförmiger Flächenpressungen kleiner 1,0 GPa zeigt eine geringfügig höhere Kontakt-Zeitfestigkeit des einsatzgehärteten Werkstoffes bei 10% Schlupf. Bei 22 % Schlupf weist hingegen der plasmanitrierte Werkstoff eine etwas höhere KontaktZeitfestigkeit auf. Durch den größer werdenden Schlupf erhöht sich das Reibungsmoment, wodurch auch das Schubspannungsmaximum näher zur Oberfläche rückt. Die plasmanitrierte Verbindungsschicht weist eine wesentlich höhere Härte auf als die einsatzgehärtete Schicht, was zu einer größeren lokalen RCFBeanspruchbarkeit führt. Die tendenziellen Ergebnisse aus Rollenversuchen können laut DIN 3990 vergleichsweise auf Zahnräder angewendet werden. Ein standardisierter Ansatz zur direkten Übertragung von 2-RCF Versuchen auf Bauteile wie Zahnräder ist nicht bekannt. In weiteren Arbeiten sollten bauteilnahe Versuche am FZGVerspannungsprüfstand durchgeführt werden, um Modelle zur direkten Übertragung der lokalen tribologischen RCF-Systembeanspruchung von scheibenförmigen Ersatzgeometrien auf Bauteile wie Zahnräder zu entwickeln.
Titel in ÜbersetzungBehaviour of plasma nitrided layer under rolling contact stress
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Eichlseder, Wilfried, Betreuer (intern)
  • Leitner, Heinz, Mitbetreuer (intern)
Datum der Bewilligung14 März 2008
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2008

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Tribologisches System Überrollbeanspruchung Tragfähigkeit Kugel-auf-Stift Prüfstand Zweischeibenprüfstand Kontakt-Zeitfestigkeit

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