Einfluss von unterschiedlich erzeugten Verschleißschutzschichten auf das Dauerschwingverhalten ausgewählter Werkstoffe und deren Verbesserung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Lothar Wagner
• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 133263241

Während der Verschleißfortschritt im Allgemeinen gut abschätzbar ist, können die sich im Betrieb überlagernden mechanischen Beanspruchungen und mögliche Hochtemperatureinflüsse katastrophale Auswirkung auf die Lebensdauer beschichteter Bauteile haben. Bspw. erzeugen Walzkräfte zyklisch auftretende hohe Flächenpressungen. Gleichzeitig treten Schubspannungen auf, deren Maxima einige Millimeter unterhalb der Oberfläche liegen. Da Druck- und Schubspannungen zyklisch einwirken, sind entsprechend beaufschlagte Oberflächen auch hinsichtlich ihrer Dauerfestigkeit auszuwählen. Gleichzeitig ist der Temperatureinfluss zu berücksichtigen. Tribosysteme erfordern Oberflächen mit einer angepassten Mikrostruktur, die sowohl Verschleißschutz als auch hohe Lebensdauer bei hoher Temperatur gewährleisten.Weitere Lebensdauer bestimmende Einflussfaktoren sind Art und Betrag der einwirkenden Betriebslasten. Wie sich einzelne Beschichtungssysteme unter axialer Last oder Biegebeanspruchung verhalten und in welchem Maß die Grenzflächenmorphologien Substrat/Beschichtung bzw. Matrix/Hartstoffphase in das Systemverhalten eingehen, muss durch Versuchsserien unter quasi-statischer und zyklischer Beanspruchung in funktioneller Abhängigkeit von der Temperatur nachgewiesen werden.In diesem Vorhaben sollen u. a. MMC-Beschichtungswerkstoffe zum Schutz vor trockenem abrasiven Verschleiß eingesetzt werden. Dem Furchungsverschleiß soll eine Beschichtung mit partikelverstärkten Fe-, Ni- und Co-Basislegierungen entgegenwirken. Der Verschleißschutz wird durch senkrecht zur Oberfläche ausgerichtete Hartstoffpartikel, die in die vergleichsweise weiche Matrix eingebettet sind, realisiert. Diese Gefügemorphologie kann sich ungünstig auf Rissbildung und Rissfortschritt auswirken. Bei hohen Druckbelastungen können die Hartphasen brechen und die Grenzflächen zwischen Hartphasen und Matrix Rissbildungsorte sein. In wieweit solche Ermüdungserscheinungen auftreten und in welchem Umfang sie zur vorzeitigen Ermüdung beitragen, wird durch angepasste Verfahren untersucht.Bei intensiver Verschleißbeanspruchung muss die Matrix eine ausreichend hohe Stützwirkung für die eingebetteten Hartstoffe sicherstellen und bei hoher Flächenpressung Kräfte aufnehmen, um Sprödbrüche in der Beschichtung zu verhindern. Durch Wärmebehandlung sollen Verschleiß- und Dauerfestigkeit optimiert werden. Die hierbei angestrebte Sekundärhärtung erfolgt durch die Ausscheidung feindisperser Karbide. Eine genau abgestimmte Wärmebehandlung steigert die Festigkeit der Matrix, was nicht nur die Dauerfestigkeit anhebt, sondern auch die Stützwirkung eingebetteter Hartstoffe erhöht. Eine Festigkeitssteigerung hat aber oftmals eine Duktilitätsabnahme zur Folge. Ziel, der für dieses Teilprojekt erforderlichen Forschungsaktivitäten, muss es also auch sein, einzelne Werkstoff- und Systemeigenschaften zu kombinieren. Die hierzu erforderlichen Wärmebehandlungen, müssen sich an der Gefügeentwicklung des Substratmaterials orientieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr.-Ing. Manfred Wollmann