| Titel | Untersuchungen zur Existenz von Ermüdungs- und Restbruchzonen bei Grübchenschäden |
| Autor | Christian Brecher, Christoph Löpenhaus, Fabian Goergen, Dieter Mevissen |
| Infos zum Autor | Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher; Dr.-Ing. Dipl. Wirt.-Ing. Christoph Löpenhaus Kontakt: Fabian Goergen M.Sc., 0241/80-25372, f.goergen@wzl.rwth-aachen.de |
| Inhalt | Im vorliegenden Bericht wird eine neue Methode zur Vorhersage des Rissausgangsortes beim Grübchenschaden an einsatzgehärteten Bauteilen vorgestellt. Die Entwicklung der Methode basiert auf Beobachtungen von Grübchen-schäden an Scheiben aus Wälzfestigkeitsuntersuchungen am Zwei-Scheiben-Prüfstand und an Zahnrädern aus Zahnflankentragfähigkeitsuntersuchungen am Zwei-Wellen-Verspannungsprüfstand. Die Grübchenschäden werden anhand ihrer Bruchflächen analysiert. Die Bruchflächenanalyse belegt die Existenz zweier unterschiedlicher Strukturen innerhalb des Grübchenschadens. Die erste Zone hat in Abhängigkeit der Beanspruchung einen Rand-abstand von l ? 180 µm auf den Prüfscheiben und einen Randabstand von l ? 150 µm auf der Zahnflanke. In dieser Zone liegt eine ungerichtete, zerrüttete Struktur - ähnlich eines ermüdeten Materialgefüges vor. In der zweiten Zone mit Randabstand 180 µm < l ? 527 µm zur Scheibenoberfläche und 150 µm < l ? 332 µm zur Zahnflanke liegt eine glatte Struktur mit Riefen in Zahnhöhenrichtung analog zur Bruchfläche gewaltsam herausgescherten Materials vor. Die Entstehung der Ermüdungszone kann durch Anwendung klassischer Vergleichsspannungs-hypothesen aufgrund der Ausbruchtiefen der Grübchenschäden nicht erklärt werden. Aus diesem Grund wird eine Methode auf Basis der Spannungsüberlagerung betragsmäßig maximaler Spannungen in spezifischen Schnitt-ebenen vorgestellt. Durch die Methode kann eine Tiefe kritischer Spannungsüberlagerung (l = 115 µm) ermittelt werden, in der eine Überlagerung der maximalen Deviatorspannung |?dev,max| und der maximalen Schubspannung |?max| während eines Wälzvorgangs vorliegt. Die Tiefenlage korreliert mit der Tiefenlage der Ermüdungs-bruchflächen (l ? 150 µm). Die gemessene maximale Ausbruchtiefe der Grübchenschäden (274 µm ? l ? 332 µm) korreliert mit der Tiefe der maximalen Vergleichsspannung nach VON MISES und nach LIU (l?vMises,max =- l?vSIH,max ? 305 µm). Folglich kann die Entstehung der Ermüdungszone mit der neu vorgestellten Methode der kritischen Spannungsüberlagerung und die Ausprägung der Restbruchzone mit konventionellen Vergleichs-spannungsansätzen erklärt werden. |
| Datum | 2018 |
