Einfluß trockener Friktionsbeanspruchungen auf Schädigungsverhalten, Restfestigkeit und Oberflächeneigenspannungen von Al 2 O 3

Der vorliegende Beitrag zeigt Ergebnisse von Trockenreibversuchen mit der Paarung Al 2 O 3 ‐Scheibe gegen GG25‐Pellets. Der Einfluß der Friktionsbelastung auf Restfestigkeit, Bruchverhalten und oberflächennahe Eigenspannungen wird dargestellt und diskutiert. Ergebnisse von FEM‐Simulationsrechnungen des Friktionssystems werden vorgestellt. Die Schädigung der Keramikscheibe wird vorwiegend durch den bei der Friktionsbeanspruchung eingebrachten Wärmestrom dQ/dt bestimmt. Ab dQ/dt = 1,3 kJ/s entstehen nach einem Reibzyklus feine Radialrisse entlang der Oberfläche. Der Ort der Rissentstehung und die Ausbreitungsrichtung kann durch die FEM‐Simulation vorhergesagt werden. Bei zunehmender Beanspruchung entstehen mechanisch induzierte tangentiale Brüche im Zentrum des Reibbereichs, welche die primären Radialrisse verbinden, so dass Fragmente entstehen. Die thermisch induzierten, primär entstandenen Radialrisse zeigen einen transkristallinen, die mechanisch induzierten, sekundären Tangentialbrüche einen weitgehend interkristallinen Verlauf. Das Auftreten feiner Radialrisse geht mit einer Abnahme der Restfestigkeit um etwa 20% einher, wobei sich eine bimodale Verteilung der Festigkeiten ergibt. Während eine zyklische Friktionsbeanspruchung das makroskopische Schädigungsbild gegenüber dem Zustand nach einem Reibzyklus nicht erkennbar ändert, führt sie zu einer Homogenisierung der Restfestigkeiten. Die Reibbeanspruchung bewirkt eine Umlagerung der Druckeigenspannungen im Ausgangszustand zu Zugeigenspannungen im belasteten Zustand. In tangentialer Richtung erreichen die Zugeigenspannungen knapp 100 MPa und sind damit schädigungsrelevant.