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Tribologie ist die Wissenschaft und Technik von aufeinander einwirkenden Oberflächen in Relativbewegung. Sie umfasst das Gesamtgebiet von Reibung und Verschleiss einschliesslich Schmierung, und schliesst entsprechende Grenzflächenwechselwirkungen sowohl zwischen Festkörpern als auch zwischen Festkörpern und Flüssigkeiten und Gasen ein.

• Adhäsion
• Abrasion
• Oberflächenzerrüttung
• Tribochemische Reaktion

Wenn harte Teilchen eines Schmierstoffs oder Rauheitsspitzen eines der Reibungspartner in die Randschicht eindringen, so kommt es zu Ritzung und Mikrozerspanung. Man bezeichnet diesen Verschleiß als abrasiven Verschleiß, Furchverschleiß oder Erosionsverschleiß – letzterer kann auch durch Flüssigkeiten erfolgen. Den durch die Abrasion entstandenen Materialverlust nennt man Abrieb.

Erscheinungsform:

• Kratzer
• Riefen
• Mulden
• Wellen

Adhäsiver Verschleiß tritt bei mangelnder Schmierung auf. Liegen sich berührende Bauteile bei hoher Flächenpressung fest aufeinander, so haften die Berührungsflächen infolge Adhäsion (auch: Anhangskraft) aneinander. Beim Gleiten werden dann Randschichtteilchen abgeschert. Es entstehen so Löcher und schuppenartige Materialteilchen, die oft an der Gleitfläche des härteren Partners haften bleiben. Diesen Verschleißmechanismus nennt man adhäsiven Verschleiß oder Haftverschleiß.

Erscheinungsarten:

• Fresser
• Löcher
• Kuppen
• Schuppen
• Materialübertrag

Ermüdung (Festigkeitsabnahme) und Rissbildung in Oberflächenbereichen durch tribologische Wechselbeanspruchungen, die zu Materialtrennung und -abtragung führen

Erscheinungsformen:

• Risse
• Grübchen

Die Bildung von Zwischenschichten, z. B. Oxidschichten, infolge chemischer Reaktion und ihre Zerstörung durch Bewegung der Bauteile nennt man Tribooxidation oder Reaktionsschichtverschleiß. Er tritt fast immer zusammen mit adhäsivem Verschleiß auf. Dieser Verschleißmechanismus, der infolge chemischer Reaktion und mechanischer Zerstörung der Reaktionsschicht entsteht, ist eine tribochemische Reaktion. Ein Beispiel für Tribooxidation ist Passungsrost

Erscheinungsformen:

• Reaktionsprodukte
• Schichten
• Partikel

Kolkverschleiss

•Zu hohe Schnittgeschwindigkeit, Vorschub oder beides
• Zu geringer Spanwinkel
• Schneidstoff mit zu geringer Verschleissfestigkeit
• Falsch zugeführte Kühlung
• Schnittgeschwindigkeit und/oder Vorschub oder beides herabsetzen
• Kühlmittelmenge und/oder Druck erhöhen, Zuführung kontrollieren / verbessern
• Kolkfesterer Schneidstoff verwenden

Freiflächenverschleiss

• Zu hohe Schnittgeschwindigkeit
• Hartmetallsorte mit zu geringer Verschleissfestigkeit
• Nicht angepasster Vorschub
• Schnittgeschwindigkeit senken
• Verschleissfestere HM-Schneidstoff wählen
• Vorschub in richtiges Verhältnis zu Schnittgeschwindigkeit und Schnitttiefe setzen

Ausbröckelung

• Zu spröder (verschleissfester) Schneidstoff
• Vibrationen
• Zu hoher Vorschub bzw. Schnitttiefe
• Grosse Lastschwankungen an der Schneide
• Zäheren Schneidstoff verwenden
• Stabilität des Werkzeugs überprüfen
• Vorschub bzw. Schnitttiefe reduzieren
• Schnittgeschwindigkeit erhöhen

Kammriss

• Wechselnde Schneidentemperatur, thermischer Schock
• Falsche Kühlung
• Hochfester Werkstoffe
• Zu hohe Schnittgeschwindigkeit
• Kammrissbeständiger Schneidstoff verwenden
• Kühlschmierstoff reichlich einsetzten, bzw. trocken fräsen
• Schnittgeschwindigkeit

Aufbauschneidenbildung

• Zu geringe Schnittgeschwindigkeit
• Zu kleiner Spanwinkel
• Falscher Schneidstoff
• Fehlende Kühlung / Schmierung
• Schnittgeschwindigkeit erhöhen
• Spanwinkel vergrössern
• TiN-Beschichtung einsetzen
• Fettere Emulsionen verwenden

Plattenbruch

• Überlastung der Hartmetallsorte
• Stabilitätsmängel
• Keilwinkel zu klein
• Übermässiger Kerbverschleiss
• Stossartige Schnittkräfteänderung
• Zäheren Schneidstoff verwenden
• Kantenschutzfase verwenden
• Schneidkantenverrundung vergrössern
• Stabilere Geometrie einsetzen
• Vorschub reduzieren

Plastische Verformung

• Zu hohe Arbeitstemperatur, daher Erweichung des Grundmaterials
• Beschädigung der Beschichtung
• Zu enge Spanleitstufe
• Schnittgeschwindigkeit verringern
• Verschleissfestere HM-Sorte verwenden
• Kühlung vorsehen / verbessern

Unter Hartmetallen versteht man gesinterte Carbidhartmetalle. Kennzeichnend für die Hartmetalle sind sehr hohe Härte, Verschleißfestigkeit und besonders die hohe Warmhärte. Sie finden daher eine ausgedehnte Anwendung in der Bestückung von Werkzeugen und Teilen für die Zerspanung, spanlose Formgebung und bei reibendem Verschleiß.Hartmetall gehört den Verbundwerkstoffen an.

Hartmetall besteht meistens aus 90–94 % Wolframcarbid (Verstärkungsphase) und 6–10 % Cobalt (Matrix, Bindemittel, Zähigkeitskomponente). Die Wolframcarbidkörner sind durchschnittlich etwa 0,5–1 Mikrometer gross. Das Cobalt füllt die Zwischenräume.

Eine Aufbauschneide ist eine künstliche Schneide an Bearbeitungswerkzeugen, die durch „Materialaufbackung“ gebildet wird. Sie entsteht bei der Bearbeitung zäher Werkstoffe vor allem bei verhältnismässig kleiner Schnitt- und hoher Vorschubgeschwindigkeit überwiegend an der Span-, aber auch an der Freifläche des Werkzeugs. Ermöglicht wird die Aufbauschneide durch kleinste Werkstoffteilchen, die sich schichtenartig durch Pressschweissung und Klebeerscheinungen zu einer grösseren Materialansammlung aufbauen. Diese weist eine so starke Verfestigung auf, dass sie die Funktion der Schneide übernehmen kann.

• Lunkerbildung
• Poren
• Warmrisse
• Seigerung

Entstehung

• Entsteht durch den Volumenschwund ber der Erstarrung der Schmelze
  • Bilden sich in grösseren Ansammlungen von Materia

Vermeidung

• durch nachspeisung von Material
• Verlagerung der Wärmezentren durch externe Speiser
• gelenkte Erstarrung
• optimale Metallurgie
•  

Poren sind Mikrolunker, welche oft bei der Gasbildung beim Abkühlen / Erstarren der Schmelze entstehen

• Vermeidung wie bei Lunkerbildung (Nachspeisung, verlagerung Wärmezentren, optimale Metallurgie, gelenkte Erstarrung)

Entstehung

Warmrisse entstehen beim Abkühlen der Schmelze. Erstarrungsspannungen am Übergang zwischen flüssigem und festem Material.

Vermeidung

• schnelle Speisung des Materials
• naheutektischen Legierung

Ursache

• Das Material wird bei der Abkühlung nicht homogen aufgeteilt
• Konzentrationsunterschiede innerhalb eines Kristalls oder Blockes der Legierung

Vermeidung

• langsames Abkühlen

Beim Giessen in Ecken oder bei Kanten muss stets ein Radius vorhanden sein. Je grösser der Radius desto besser

Klumpenartige Materialansammlungen sollten vermieden werden. Bei diesen besteht eine erhöhte Gefahr von Lunkerbildung. Alternativ kann ein Kern konzipiert werden

• Die Gussform kann hoch komplex aber auch einfach sein
• Dünne Wandstärken wegen Formfüllungs- und Fliessvermögen der Schmelze vermeiden
• Formschrägen konstruieren
• Hinterschnitte vermeiden

Eisen:

• Kohlenstoffgehalt von 0% bis 4.5%
• Optional Silizium oder Mangan als Basislegierung (Korrosionsschutz)
• Kohlenstoff > 2% = Gusseisen
• Kohlenstoff < 2% = Stahlguss

Silizium beeinflusst

• die Erstarrungsgeschwindigkeit
• der Eutektische Punkt
  • Ist der Punkt, an dem die niedrigste Temperatur erforderlich ist um das Material über die Eutektische Linie (Schmelzlinie) zu bringen

Formfüllungsvermögen, Fliessvermögen und Erstarrungsmorphologie

• Vorgang um Werkstoffe unter Anwendung von Wärme und/oder Druck derart vereinigt, dass sich ein kontinuierlicher innerer Aufbau der verbindenden Werkstoffe ergibt.
• Ein Schweisszusatz, dessen Schmelztemperatur von gleicher Grössenordnung ist wie der des Grundwerkstoffes, kann zugeführt werden.
• Ergebniss des Schweissens ist die Schweissnaht

• Hartlöten (ab 450 Grad)
• Weichlöten (bis 450 Grad)
• Hochtemperaturlöten (ab 900 Grad)
• Fugenlöten

Werkstoffe werden mit Hilfe eines Zusatzes verbunden, welcher eine niedrigere Schmelztemperatur als die zu fügenden Grundwerkstoffe hat.

Die Grundwerkstoffe schmelzen nicht

Flussmittel oder schützende Atmosphäre (Schutzgas / Vakuum) können verwendet werden

Bindung über Diffusionsvorgänge von Lot und Grundwerkstoff

Beim Kleben werden zwei gleich oder unterschiedliche Werkstoffe durch eine artfremde Substanz (Klebstoff, Zwischenschichten) verbunden ohne das sich die Werkstoffe verändern

Die Öberflächenhaftung zwischen Klebstoff und Fügeteil wird als Haftung genutzt

Das Kleben hat grössere Bedeutung für das Verbinden von glatten, grossflächigen und unterschiedlichen Werkstoffen