Erhöhung der Verschleißbeständigkeit von Bauteilen aus Ti-6Al-4V mittels simulationsgestützer Zerspanung und mechanischer Mikrotexturierung
von Eric Thore SegebadeVerschleiß aus tribologischer Last ist ein wichtiger Aspekt von beweglichen metallischen Bauteilen. Randschichtzustände wie Topografie, Kaltverfestigung und/oder Mikrostruktur beeinflussen die tribologische Performance, benötigen jedoch eine fallabhängige Optimierung. Dies ist besonders dann der Fall, wenn mehrere Randschichtzustände zu berücksichtigen sind.
Topografische Modifikationen wie Mikrotexturen können den tribologischen Verschleiß unter bestimmten Bedingungen signifikant reduzieren. Dabei verringern sie durch die Kerbwirkung die Schwingfestigkeit. Zusammen mit erhöhten Fertigungskosten kann dies die Verwendbarkeit von Mikrotexturen verringern.
Es gibt es viele Studien, welche die fertigungsbedingten Randschichtzustände analysieren. Häufig werden dabei sehr spezifische Prozesse und Werkstoffe berücksichtigt. Um den bestehenden Wissensstand der gezielten Fertigung von Randschichtzuständen kosteneffizient auszubauen bieten sich simulationsgestützte Ansätze an.
Das Ziel dieser Arbeit ist der Erkenntnisgewinn, wie sich spezifische Randschicht-Mikrostrukturen durch die Drehbearbeitung von Ti-6Al-4V für die Verringerung von tribologischem Verschleiß und die Erhöhung der Schwingfestigkeit fertigen lassen. Ein simulationsgestützter Ansatz ermöglicht dabei die Extrapolation ausgehend von einer begrenzten Zahl experimentell ermittelter Stützpunkte. Nach der Modellvalidierung sind die lokalen thermischen und mechanischen Lastkollektive eingehend analysierbar. Um die mit der Mikrotexturierung verbundenen Kosten zu reduzieren wird ein neuer Texturierungsprozess entwickelt. Dieser Prozess ist mit herkömmlichen Zerspanungswerkzeugen auf Werkzeugmaschinen anwendbar. So gefertigte Proben werden schließlich hinsichtlich tribologischer Performance und Schwingfestigkeit geprüft.
