Martensitbildung und -evolution bei metastabilem austenitischen Stahl in einem Wälzkontakt

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Marco Werschler

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Die dehnungsinduzierte oder spannungsgestützte Bildung von Martensit bei metastabilen austenitischen Stählen ist mit einer Steigerung der Härte und der Änderung der magnetischen Eigenschaften verbunden. Diese durch eine mechanische Belastung steuerbare Eigenschaftsänderung, eignet sich sowohl zum lokal begrenzten Einstellen von Festigkeiten als auch für eine sensorische Überwachung des Verschleiß- bzw. Ermüdungszustandes eines Bauteiles. Beides ist für wälzend beanspruchte Maschinenelemente von Interesse. Da die Bildung von Umformmartensit in moderat belasteten Wälzkontakten bisher kaum erforscht ist, sind für mögliche Anwendungen zuerst grundlegende Untersuchungen notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit werden daher die Entstehung und Evolution von Umformmartensit durch eine wiederholte wälzende Belastung untersucht. Grundlage dafür bildet ein Zweischeibenmodellversuch mit einem Probekörper aus metastabilem austenitischen Stahl der Qualität 1.4301 und eine m Hartmetall-Gegenkörper. Untersucht werden die Wirkung der Belastungsparameter Anpresskraft und Schlupf, der Einfuss der Oberfächenrauheit sowie der Einfluss verschiedener Legierungszusammensetzungen und Gefügezustände. Durch ein für den Anwendungsfall entwickeltes Zweischeibentribometer, war es zudem möglich die Wirkung einzelner Komponenten des komplexen Spannungszustandes eines Wälzkontaktes auf die Martensitbildung zu erfassen. Die Martensitevolution wurde durch magneto-induktive Messungen und metallographische Schliffuntersuchungen detektiert. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Bildung von Umformmartensit in einem Wälzkontakt von der Wälzbewegung und den Belastungswiederholungen abhängig ist. Hauptverantwortlich für die Martensitbildung sind die im Wälzkontakt entstehenden richtungswechselnden Schubspannungen.