Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chemisches Entgraten und Polieren erhöht die Belastbarkeit von Bauteilen

29.10.2009
Das chemische Entgraten und Polieren minimiert die Bruchgefahr dynamisch belasteter Metallteile. Das verdeutlicht die Wöhlerkurve behandelter und unbehandelter Ventilfedern. Ein weiterer Vorteil der Chemie ist die hohe Reproduzierbarkeit unabhängig von der Bauteilgeometrie.

Dauerbrüche, auch Ermüdungsbrüche genannt, beginnen meist klein an bestimmten Risskeimen. Der Riss wächst dann meist unerkannt schrittweise weiter bis er schließlich einen plötzlichen Gewaltbruch des geschwächten Restquerschnitts auslöst. Die Dauerfestigkeit, das heißt die Festigkeit gegen Ermüdungsbrüche bei dynamisch belasteten Bauteile wird wesentlich von der Gestalt und Struktur der oberflächennahen Werkstoffschichten bestimmt.

Dauerbrüche beginnen an Risskeimen im Oberflächenbereich

Über 80% der Dauerbrüche beginnen an Risskeimen im Oberflächenbereich. Die gezielte Anwendung des chemischen und elektrochemischen Entgratens und Polierens von Metalloberflächen kann die Gefahr von Dauerbrüchen an metallischen Werkstücken wesentlich verringern und deren Lebensdauer um ein Mehrfaches verlängern. Bei Poligrat wurden dazu Produkte für das Tauchverfahren entwickelt, die einfach und zuverlässig in der Anwendung sind. Sie beseitigen oder entschärfen die meisten der äußeren Risskeime, die sich zwei Gruppen zuordnen lassen:

-Risskeime können die Folge der Feinbearbeitung sein. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um Grate und Einrisse an Kanten, um scharfkantige Strukturen des Oberflächenprofils oder vertiefte Korngrenzen. Die Kerbwirkung am Grund dieser Strukturen führt zu lokaler Konzentration von Zugspannungen mit der Gefahr, dass dort ein Anriss mit nachfolgendem Dauerbruch beginnt.

Lokale Zugspannungen in Randschichten lösen Dauerbrüche aus

Eine mechanische, thermische oder chemische bearbeitungsbedingte Werkstückbelastung kann zu Risskeimen in mikrometerdicken oberflächennahen geschädigten Werkstoffschichten führen. Diese Randschichten, auch Beilby-Schichten genannt, unterscheiden sich hinsichtlich der Zusammensetzung, Struktur und Eigenspannung deutlich vom ungestörten Grundwerkstoff. Sie enthalten oftmals lokale Zugspannungen, eingebettete Fremdkörper und Oxide, Grobkornbildung, lokale Ausscheidungen an Korngrenzen. Diese Keime können Dauerbrüche auslösen.

Im chemischen oder elektrochemischen Tauchverfahren werden daher die geschädigten Werkstoffschichten mit allen enthaltenen Fremdkörpern, Zug- und Druckspannungen sowie sonstigen Defekten vollständig und zuverlässig abgetragen. Der Prozess ist belastungsfrei und läuft kontrolliert ab. So bringt die chemische und elektrochemische Oberflächenbearbeitung das ungestörte Grundgefüge mit seinen besten Eigenschaften an der Oberfläche zur Geltung. Außerdem werden Kanten und Flächen im gesamten Wirkungsbereich des Prozesses entgratet.

Das Oberflächenprofil wird bis in den Mikrobereich hinein geglättet und verrundet. Anrisse und scharfkantige Strukturen werden entweder ganz beseitigt oder – falls sie größer sind – so weit geöffnet und verrundet, dass von ihnen keine Kerbwirkung mehr ausgeht. Die Öffnung von Rissen ermöglicht gleichzeitig eine zuverlässige Qualitätskontrolle.

Chemischen Prozesse arbeiten unabhängig von Form und Größe der Werkstücke

Anhand der Wöhlerkurve werden die Unterschiede deutlich. Die Proben dazu waren zwei Lose aus Ventilfedern für Motoren von Rennsportfahrzeugen. Bei den Federn beider Lose wurden zur Verbesserung der Dauerfestigkeit die Oberflächen im Kugelstrahlverfahren verdichtet. Zuvor hatte man ein Los elektrochemisch poliert, das andere Los nicht. Ergebnis: Während eines Belastungstests ist bei dem elektropolierten Los keine Feder gebrochen.

Die chemischen und elektrochemischen Prozesse arbeiten weitgehend unabhängig von Form und Größe der Werkstücke und der Werkstoffhärte. Für die meisten industriell verwendeten Metalle und Legierungen stehen industriell erprobte Verfahren zur Verfügung. Die langjährige Erfahrung zeigt, dass eine chemische oder elektrochemische Oberflächenbearbeitung dynamisch stark beanspruchter Bauteile eine Erhöhung der Dauerfestigkeit um den Faktor vier bis acht bewirkt.

Typische Anwendungen aus einer Vielzahl von Beispielen sind mechanische Federn, Hydraulikkomponenten, die einer Druckschwellbelastung ausgesetzt werden, Bauteile für den Turbinen- und Motorenbau sowie elektrische Schaltkontakte.

Siegfried Pießlinger-Schweiger ist Geschäftsführer der Poligrat GmbH in 81829 München.

Siegfried Pießlinger-Schweiger | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/oberflaechentechnik/articles/236207/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Gewicht von Robomotion-Greifer um 60 Prozent reduziert
31.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Assistenzsysteme für die Blechumformung
28.07.2017 | Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen