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 Klarheit für die Industrie: Forscher ermitteln Standzeiten von Schieberwerkzeugen
12.06.2018 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

nachricht Tauchen ohne Motor
05.06.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Im Focus: Revolution der Rohre

Forscher*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg lassen Rohrleitungen, Schläuchen oder Behältern in Zukunft regelrecht Ohren wachsen. Sie entwickelten ein innovatives akustisches Messverfahren, um Ablagerungen in Rohren frühzeitig zu erkennen.

Rückstände in Abflussleitungen führen meist zu unerfreulichen Folgen. Ein besonderes Gefährdungspotential birgt der Biofilm – eine Schleimschicht, in der...

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Schneller und sicherer Fliegen

21.06.2018 | Informationstechnologie

Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

21.06.2018 | Innovative Produkte

Sensoren auf Gummibärchen: Team druckt Mikroelektroden-Arrays auf weiche Materialien

21.06.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics