Possibilities and extension of XRD material response analysis in failure research for the advanced evaluation of the damage level of Hertzian loaded components

Autor: M. Brückner, J. Gegner, W. Nierlich
Rok vydání: 2007
Předmět:
Zdroj: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 38:613-623
ISSN: 1521-4052
0933-5137
Popis: Due to clearly distinguishable damage symptoms, it is differentiated between the surface and sub-surface failure mode of rolling bearings. Material states red out by X-ray diffraction (XRD) residual stress measurements point to a variety of loading conditions especially at raceway surfaces that are associated with several competing failure mechanisms. The corresponding lifetime reduction can range from the lower fatigue strength region to material ratcheting in extreme cases. Relevant position of the microstructural changes and nature of the failure mechanisms are characterized. The time alteration of the XRD material parameters measured at or near the surface and at the depth of the maximum equivalent stress correlates, in a different manner, with the statistical parameter of the 10 % bearing life. Both failure modes are illustrated by concrete examples. Contaminated lubricant and boundary lubrication, which represent practically important surface-induced failures, are discussed in more detail. Gray staining, i.e. shallow pitting, often occurs without distinct indication of global material aging by means of XRD characteristics. Here, scanning electron microscopy observations and electron microprobe analyses point to corrosion fatigue as acting surface failure mechanism. The interaction between material and lubricant under complex loading regimes particularly of mixed friction and corrosion opens further failure research areas in the field of tribology. Moglichkeiten und Erweiterung der XRD-Werkstoffbeanspruchungsanalyse in der Schadensforschung fur die fortgeschrittene Ermittlung des Schadigungsgrads von im Hertzschen Kontakt belasteten Bauteilen Aufgrund eindeutig feststellbarer Schadigungsmerkmale wird zwischen dem Oberflachen- und Tiefenversagensmodus von Walzlagern unterschieden. Mittels rontgenografischer Eigenspannungsmessung ausgelesene Werkstoffzustande weisen auf eine Vielzahl von Beanspruchungsbedingungen insbesondere an Laufbahnoberflachen hin, die mit verschiedenen konkurrierenden Ausfallmechanismen verbunden sind. Die entsprechende Lebensdauerminderung kann vom unteren Zeitfestigkeitsbereich bis zu Werkstoffratcheting in Extremfallen reichen. Die masgebliche Lage der Gefugeveranderungen und die Art der Versagensmechanismen werden beschrieben. Die zeitliche Anderung der rontgenografischen Werkstoffkennwerte, die an oder nahe der Oberflache und in der Tiefe der grosten Vergleichsspannung gemessen werden, korreliert unterschiedlich mit dem statistischen Parameter der 10 % Lagerlebensdauer. Beide Versagensmodi werden durch praktische Beispiele veranschaulicht. Verschmutzter Schmierstoff und Grenzschmierung, die in der Anwendung wichtige, von der Oberflache eingeleitete Schaden darstellen, werden ausfuhrlicher behandelt. Graufleckigkeit, d. h. flache Grubchenbildung, erfolgt haufig ohne deutliche Anzeichen globaler Werkstoffalterung aus den rontgenografischen Kennwerten. Rasterelektronenmikroskopische Beobachtungen und Elektronenstrahlmikroanalysen weisen hier aus Schwingungsrisskorrosion als wirksamen Oberflachenversagensmechanismus hin. Die Wechselwirkung zwischen Werkstoff und Schmierstoff unter komplexen Beanspruchungskollektiven insbesondere von Mischreibung und Korrosion eroffnet weitere Schadensforschungsgebiete im Bereich der Tribologie.
Databáze: OpenAIRE
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