Wie hängen motorischer Einlauf und Endbearbeitung zusammen?

22.11.2017

© Fraunhofer IWM

Die Einlaufzeit zweier geschmierter, unter Belastung stehender Körper in Relativbewegung ist entscheidend für das Erreichen von niedrigen Reibungskoeffizienten und ultrakleinen Verschleißraten. Während des Einlaufs kommt es zu Veränderungen der Topographie, der chemischen Zusammensetzung und der Mikrostruktur der Randzone. Am µTC wurden Untersuchungen zum Einlaufverhalten von 2 Stählen unterschiedlicher Härte durchgeführt. Geschwindigkeit und Normalkraft wurden mit dem Ziel variiert, einen optimalen Einlaufpunkt zu finden und dabei Verschleißraten im Bereich von wenigen Nanometern pro Stunde zu erreichen.

Der Fokus der Analysen wurde auf die mikrostrukturelle und chemische Ausbildung der Randzone sowie die topographischen Veränderungen gelegt. Es sollten Erkenntnisse über die während des Einlaufs ablaufenden mechano-chemischen Vorgänge und deren Einfluss auf das spätere Systemverhalten erlangt werden. Materialanalysen zu verschiedenen Zeitpunkten des Einlaufs wurden mit Hilfe von FIB, TEM, XPS und WLI durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine durch Läppen initial verfestigte Randzone eine deutliche Reduktion von Reibungs- und Verschleißwerten nach dem Einlauf zeigt, wenn der initiale Belastungszustand durch die Erhöhung der Normalkraft in Richtung des Grenzreibungszustandes verschoben ist. Im Gegensatz dazu zeigte ein System, welches poliert wurde, schon bei geringen Normalkräften Instabilitäten und musste bei niedrigen Lasten vorkonditioniert werden. Die Randzone wurde dabei schrittweise, ohne inhomogenes Verhalten zu initiieren, verfestigt.

Homogenes Verhalten der initialen Mikrostruktur bei plastischer Deformation unter der aufgebrachten Belastung ist entscheidend für ein stabiles Einlaufverhalten des Systems. Kann die plastische Deformation im Reibkontakt homogen ablaufen, kommt es unter Scherbelastung zur Ausbildung einer nanokristallinen Randzone, welche das Material verfestigt und verschleißresistent macht. Darüber hinaus zeigte sich, dass der Eintrag von Kohlenwasserstoffen aus dem Schmiermittel in die Randzone, welche dem Mechanismus der mechanischen Vermischung zuzuordnen ist, entscheidend für die Ausbildung kleiner Reibung ist.