Der Stahl 100Cr6 besitzt aufgrund seiner guten Verschleißeigenschaften ein großes Anwendungspotenzial im Bereich hochbeanspruchter Systeme. Einsatzschwerpunkte sind neben den klassischen Wälzlagern auch gleitbeanspruchte Systeme der automobilen Kraftstoff-Einspritztechnik. In der vorliegenden Arbeit werden die Entstehungsprozesse (Initialprozesse) der Verschleißmechanismen untersucht, die bei Selbstpaarung des Stahls 100Cr6 unter reversierender Gleitbeanspruchung in einem kraftstoffähnlichen Paraffingemisch bei verschiedenen Belastungen auftreten. Dabei wird der Einfluss von bainitischem und martensitischem Gefüge sowie geschliffenen und geläppten Oberflächen berücksichtigt. Vor den tribologischen Versuchen wurden die Gefüge der Versuchsmaterialien licht- und rasterelektronenmikroskopisch charakterisiert und Profile der Mikrohärte erstellt. Weiterhin erfolgten Analysen der Oberflächenchemie sowie rasterkraftmikroskopische Vermessungen der Topografie. Die tribologischen Prüfungen erfolgten bei Raumtemperatur in einem Kugel-Scheibe-Kontakt unter reversierender Gleitbewegung in dem Isoparaffin ISOPAR M. Variiert wurden die Normalkraft und die Versuchsdauer. Die verschlissenen Probekörper wurden mit verschiedenen hochauflösenden Analyseverfahren hinsichtlich der auftretenden Verschleißerscheinungsformen analysiert. Die tribologischen Initialprozesse und der Einfluss von Gefüge und Oberflächenbearbeitung wurden anhand der Materialeigenschaften des Stahls und den Randbedingungen des Systems erklärt. Alle Prüfkörper zeigten unterhalb einer kritischen Normalkraft von verschiedenen tribochemischen Reaktionen dominierten milden Verschleiß. Oberhalb dieser Belastung trat temporär schwerer Verschleiß mit Adhäsion und Abrasion auf, bei dem sich über die tribologische Beanspruchung und eine Kohlenstoffanreicherung aus dem Schmiermedium weißätzende Bereiche (WEA) bildeten. Als tribologischer Initialprozess der tribochemischen Reaktionsschichtbildung konnte die abrasive Entfernung der natürlichen Oxidschichten durch aus der Oberfläche herausgelöste Karbide identifiziert werden. Schwerer Verschleiß war die Folge einer temperaturbedingten Desorption des Schmierstoffes von den Oberflächen und der Entstehung metallischer Festkörperkontakte. Die notwendigen hohen Temperaturen traten bei Paarungen mit geschliffenen Scheiben sofort nach Versuchsbeginn infolge starker plastischer Verformungen, bei Paarungen mit geläppten Scheiben erst nach einiger Zeit durch die Entstehung von Verschleißpartikeln auf. Die Entstehung von Partikeln ermöglicht schwere Verschleißerscheinungen lokal auch unterhalb der kritischen Normalkraft. Aus den Ergebnissen folgt für die industrielle Praxis, dass ungewollte tribochemische Reaktionsschichten auf einer Oberfläche auch durch den Ausbruch harter Phasen aus der Oberfläche selbst entstehen können. Weiterhin wirken sich verarbeitungsbedingte Verformungszonen an der Oberfläche auf schweren Verschleiß zwar verzögernd aus; nach ihrer Entfernung kann sich das tribologische Verhalten aber sogar verschlechtern.
Tribologische Initialprozesse bei Selbstpaarungen aus dem Stahl 100Cr6 unter reversierender Gleitbeanspruchung in einem kraftstoffähnlichen Isoparaffingemisch
Initiating tribological processes on self-mated AISI 52100 steel pairs under reciprocating sliding conditions in a fluel-like isoparaffin mixture
2001
151 Seiten, Bilder, Tabellen, 169 Quellen
Theses
German
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