Komponenten besitzen stets endliche Steifigkeit. Werden diese in Kontakt gebracht wie z.B. bei Pressverbindungen oder Lagersitzen und mit einer externen Beanspruchung beaufschlagt, können so aufgrund unterschiedlich starker Materialverformungen der umliegenden Bauteilstrukturen Mikro-Relativbewegungen entstehen. Weiterhin wird durch den Kontakt ebenfalls eine Kontaktpressung induziert. Eine anhaltende oszillierende Mikroschlupfbewegung bewirkt so im Kontakt einen fortschreitenden Verschleiß. In Kombination dieser Parameter kommt es schlussendlich zu einer Reduzierung der Lebensdauer der Bauteile im Vergleich zur freien Oberfläche. Die Reduktion hervorgerufen durch dieses als Reibermüdung (Fretting Fatigue) bezeichnete Phänomen kann dabei bis zu 80 % betragen. Eine maßgebliche Abhängigkeit der Auswirkungen von verschiedenen Materialpaarungen konnte bereits eingeschätzt werden (Hauschild, 2019), womit ebenfalls die Berechnung von Bauteilen im Kontakt auf Basis der FKM-Richtlinie möglich ist.
Die Auswahl einer Materialalternative auf Basis dieser Berechnung ist jedoch nicht immer möglich und zielführend. Beispielsweise haben hochfeste Stähle zwar eine hohe Grundbeanspruchbarkeit zeigen aber im Kontakt eine größere Festigkeitsreduktion. Ebenfalls ist eine Geometrieanpassung nicht in jedem Fall möglich. Eine weitere Einflussnahme ohne Veränderung dieser Parameter kann darüber hinaus auch durch die Beeinflussung der Eigenschaften der Oberflächen und oberflächennahen Werkstoffbereiche der Komponenten erfolgen. Für eine Verbesserung der Haltbarkeit oder Verschleißfestigkeit wird dafür bereits in vielen Anwendungsfällen das Aufhärten von Oberflächen oder Bauteilen eingesetzt. In Bezug auf das Phänomen Fretting Fatigue sind jedoch die Potentialveränderung und die genaue Wirkung auf die Rissbildung, -wachstum und die Lebensdauer jedoch nicht allgemeingültig untersucht.
Ziel dieser Arbeit ist es daher, verschiedene Härteverfahren hinsichtlich ihrer Wirkung und Potentials bei Reibermüdung zu vergleichen. Unter diesen wird das Einsatzhärten aufgrund seiner einfachen und kostengünstigen Anwendbarkeit häufig genutzt, weshalb in der Untersuchung ein besonderes Augenmerk auf diesem Verfahren liegen soll. Neben der qualitativen Bewertung der Verfahren auf Basis externer Daten ist in einem zweiten Schritt die Wirkung auf Basis der Integration verschiedener Eigenspannungszustände in ein Simulationsmodells eines Reibklötzchenprüfstandes einzuschätzen. Dazu soll die Aussage ausgewählte Vergleichsspannungshypothesen ausgeleitet und in Bezug auf den ungehärteten Zustand verglichen werden.
Der Aufbau der Arbeit sollte folgender Struktur folgen:
- Literaturanalyse zu bestehenden Studien zu Fretting Fatigue in Kombination mit gehärteten Kontaktoberflächen
- Vergleich ausgewählter Härteverfahren hinsichtlich ihres Potentials bei Fretting Fatigue
- Tiefergehende Analyse zu Einsatzhärtung in Kombination mit Fretting Fatigue (Zusammenhang Eigenschaften der Oberflächen à Potential, bereits bestehende Anwendungsbereiche und dortige Potentialausschöpfung, Wirkmechanismen)
- Simulative Abschätzung der Wirkung von Einsatzhärten durch Integration verschiedener Eigenspannungsfelder in ein Simulationmodell für Fretting Fatigue und Vergleich ausgewählter Vergleichsspannungshypothesen und Bezug zu einem ungehärteten Zustand)
Eine Anpassung der Aufgabenstellung ist in Absprache mit dem Betreuer jederzeit möglich.
Ansprechpartner: Marius Müller, marius.mueller@mb.tu-chemnitz.de