Teilprojekt B4
Verhalten von Friktionswerkstoffen unter thermisch-mechanischer Beanspruchung
(im Dezember 2005 erfolgreich abgeschlossen)
Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches sollen in mehreren
Projekten konstruktive Lösungen für hochbeanspruchte Lager- und
Friktionssysteme auf der Basis ingenieurkeramischer Werkstoffe entwickelt und
bis zur Einsatzreife herangeführt werden. Bei diesen Anwendungen müssen die
einzusetzenden Werkstoffe sowohl einen hinreichenden Verschleißwiderstand als
auch eine hinreichende mechanische Festigkeit gegenüber den im Einsatz
auftretenden Beanspruchungen aufweisen. Hinsichtlich der mechanischen
Beanspruchung ist oft die Beanspruchungskomponente, die zu thermisch-mechanischer
Ermüdung (TMF) führt, die versagenskritische. Als Folge von TMF kommt es zur Ausbildung
von inhomogenen, meist überelastischen Verformungen bis hin zur Entstehung
erster Werkstoffschädigungen bzw. zur Aktivierung fertigungsbedingter Fehler
insbesondere in oberflächennahen Volumenbereichen. Von diesen Schädigungen
ausgehend erfolgt dann häufig sehr schnell das endgültige Versagen des
betreffenden Bauteils unter der Einwirkung der gesamten komplexen
Betriebsbeanspruchung.
Die in hochbeanspruchten Lager- und Friktionsystemen einzusetzenden Werkstoffe
müssen deshalb einen hinreichenden Werkstoffwiderstand gegenüber
thermisch-mechanischer Ermüdungsbeanspruchung aufweisen. Andererseits müssen
bei der konstruktiven Auslegung dieser Systeme die Besonderheiten der
thermisch-mechanischen Ermüdungsbeanspruchung, insbesondere die Rückwirkungen
von Verformungs- und Schädigungsprozessen auf die wirkenden Beanspruchungen,
berücksichtigt werden.
Für die keramikgerechte Auslegung hoch beanspruchter Lager- und
Friktionssysteme gegenüber den mechanischen Beanspruchungskomponenten sind
daher neue, auf die speziellen Verhältnisse der einzusetzenden keramischen
Werkstoffe angepaßte Dimensionierungskonzepte zu erstellen. Sowohl für die
Entwicklung als auch für die Umsetzung dieser Konzepte ist ein hinreichendes
Verständnis für das Versagensverhalten der vorgesehenen Werkstoffe unter
betriebsrelevanten Beanspruchungsbedingungen sowie die Verfügbarkeit
einsatzrelevanter Werkstoffkennwerte unabdingbar. Zu beiden Aspekten wurden im
Teilprojekt B4 grundlegende Untersuchungen durchgeführt werden.
Die Forschungsarbeiten im Teilprojekt B4 wurden im Dezember 2005 erfolgreich beendet und dienen als Grundlage für das 2006 gestartete Teilprojekt C7.