| Titel | Methode zur Bestimmung verformungsabhängiger Fließgrenzen in oberflächennahen Randzonen |
| Autor | Brecher, C.; Löpenhaus, C.; Mevissen, D. |
| Infos zum Autor | Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher Mail: C.Brecher@wzl.rwth-aachen.de Tel.: +49 241 80 27407 Dieter Mevissen M.Sc. Mail: D.Mevissen@wzl.rwth-aachen.de Tel.: +49 241 80 27560 Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Christian Löpenhaus Mail: C.Loepenhaus@wzl.rwth-aachen.de Tel.: +49 241 80 27416 Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen Steinbachstraße 19 52074 Aachen |
| Inhalt | Zusammenfassung Tribologische Systeme, wie bspw. der Zahnflankenkontakt, weisen während der Einlaufphase eine kontinuierliche Veränderung der Kontaktpartner auf. Mit der Kenntnis der Oberflächenveränderungen während des Einlaufs ist eine präzisere Berechnung und Auslegung von Wälzkontakten möglich. Neben chemischen Veränderungen an der Oberfläche findet eine Geometrieänderung statt, die im Allgemeinen als Einglättung bezeichnet wird. Für die Vorhersage des Einsatzverhaltens eines Wälzkontakts ist die Berücksichtigung von elastisch-plastischem Materialverhalten damit zwingend notwendig. Die notwendigen Materialkennwerte werden experimentell in Form von Fließkurven (Spannungs-Dehnung-Diagramm aus dem Zug-/Stauchversuch) oder durch Mikrohärtemessungen ermittelt. Für die im Wälzkontakt entscheidende oberflächennahe Randzone existieren nach dem Stand der Technik jedoch kein Materialprüfverfahren, mit dem ein verformungsabhängiges Verfestigungsverhalten für die Randzone quantifiziert werden kann. In diesem Bericht wird eine neue Vorgehensweise zur Bestimmung oberflächennaher Materialkennwerte vorgestellt. Die entwickelte Methodik basiert auf der Modellvorstellung, dass die lokale Fließgrenze nach Abschluss von Einlaufvorgängen im Wälzkontakt nicht mehr überschritten wird und eine erneute Belastung gleichen Betrags keine weitere plastische Verformung zur Folge hat. Zur Bestimmung der Fließgrenze kann in diesem Fall eine elastische Kontaktberechnung mit der Kontaktgeometrie aus dem stationären Zustand nach dem Einlauf durchgeführt werden. Für raue Oberflächen war die Rückführung einer Oberflächentopographie aus dem Versuch in eine Pressungsverteilung ohne die „Methode kombinierter Lösungen“ nicht möglich [BREC16a, BREC16b], da der Wälzkontakt über die gesamte Kontaktfläche nicht mit ausreichender Auflösung berechnet werden konnte. Das methodische Vorgehen wird in diesem Bericht sowohl auf Makro- als auch auf Mikroebene für Versuche auf einem Zwei-Scheiben-Prüfstand angewendet. Der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit den Fließgrenzen aus dem Stand der Technik (Zugversuch) zeigt, dass sich die ermittelten Fließspannungen physikalisch sinnvoll einordnen lassen. Für die Randzone des Wälzkontakts werden dabei höhere Fließspannungen ermittelt, was aufgrund der Druckbeanspruchung infolge der Normalkraft im Vergleich zu Ergebnissen aus dem Zug-/Stauchversuch zu erwarten ist [DOEG86]. Sowohl auf der Makro- als auch der Mikroebene ermöglicht die Methode oberflächennahes Verfestigungsverhalten nachzuweisen und zu quantifizieren. Für eine numerische Vorhersage der geometrischen Oberflächenänderung im Wälzkontakt können damit die Fließgrenzen der Oberfläche bestimmt werden. Abstract Tribological systems, such as the contact of gear flanks, constantly change their properties during operating condi-tions. During running-in period, the changes of the contacting parts are most pronounced. The remaining properties of the tribological system after running-in are most significant for the subsequent running behavior. In addition to the operating conditions, the flattening of surface roughness during running-in is mostly determined by the material properties of the marginal zone. Hence, the knowledge of the material properties is mandatory for predicting roughness changes of rolling-sliding contacts. In the state of the art, a test method exists, which bases on micro hardness measurements and delivers one constant yield strength for the marginal zone of the contact parts. However, a deformation-dependent increase of yield strength cannot be analyzed or quantified by this method. In this study, a new test methodology for determining yield strength of the marginal zone of rolling-sliding contacts is presented. The core of the approach is the model representation, that the local material strength is no longer exceeded after completion of running-in processes. In this case, a purely elastic deformation occurs under loading with the result, that the remaining stresses in the contact area can be evaluated as the deformation-dependent yield strength of the marginal zone. For rough rolling-sliding contacts, the application of this model representation was not possible until the development of the “Method of Combined Solutions”, which allows the pressure calculation of the whole contact area with all cross influences of deformation guaranteeing a sufficient discretization of the surface topography [BREC16a, BREC16b]. The test methodology is applied on disk-on-disk tests for different surface roughness and structure. Depending on the degree of plastic deformation during running-in, the method allows the evaluation of strain hardening effects of the marginal zone. |
| Datum | 2017 |
