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Oberflächenbehandlung Chemisches Entgraten und Polieren erhöht die Belastbarkeit von Bauteilen

| Autor / Redakteur: Siegfried Pießlinger-Schweiger / Josef-Martin Kraus

Das chemische Entgraten und Polieren minimiert die Bruchgefahr dynamisch belasteter Metallteile. Das verdeutlicht die Wöhlerkurve behandelter und unbehandelter Ventilfedern. Ein weiterer Vorteil der Chemie ist die hohe Reproduzierbarkeit unabhängig von der Bauteilgeometrie.

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Federn ohne (links) und mit elektrochemischer Oberflächenbearbeitung (rechts) vor einem Belastungstest. Ergebnis: Proben ohne den chemischen Abtragprozess sind gebrochen. Bild: Poligrat
Federn ohne (links) und mit elektrochemischer Oberflächenbearbeitung (rechts) vor einem Belastungstest. Ergebnis: Proben ohne den chemischen Abtragprozess sind gebrochen. Bild: Poligrat
( Archiv: Vogel Business Media )

Dauerbrüche, auch Ermüdungsbrüche genannt, beginnen meist klein an bestimmten Risskeimen. Der Riss wächst dann meist unerkannt schrittweise weiter bis er schließlich einen plötzlichen Gewaltbruch des geschwächten Restquerschnitts auslöst. Die Dauerfestigkeit, das heißt die Festigkeit gegen Ermüdungsbrüche bei dynamisch belasteten Bauteile wird wesentlich von der Gestalt und Struktur der oberflächennahen Werkstoffschichten bestimmt.

Dauerbrüche beginnen an Risskeimen im Oberflächenbereich

Über 80% der Dauerbrüche beginnen an Risskeimen im Oberflächenbereich. Die gezielte Anwendung des chemischen und elektrochemischen Entgratens und Polierens von Metalloberflächen kann die Gefahr von Dauerbrüchen an metallischen Werkstücken wesentlich verringern und deren Lebensdauer um ein Mehrfaches verlängern. Bei Poligrat wurden dazu Produkte für das Tauchverfahren entwickelt, die einfach und zuverlässig in der Anwendung sind. Sie beseitigen oder entschärfen die meisten der äußeren Risskeime, die sich zwei Gruppen zuordnen lassen:

  • Risskeime können die Folge der Feinbearbeitung sein. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um Grate und Einrisse an Kanten, um scharfkantige Strukturen des Oberflächenprofils oder vertiefte Korngrenzen. Die Kerbwirkung am Grund dieser Strukturen führt zu lokaler Konzentration von Zugspannungen mit der Gefahr, dass dort ein Anriss mit nachfolgendem Dauerbruch beginnt.

Lokale Zugspannungen in Randschichten lösen Dauerbrüche aus

  • Eine mechanische, thermische oder chemische bearbeitungsbedingte Werkstückbelastung kann zu Risskeimen in mikrometerdicken oberflächennahen geschädigten Werkstoffschichten führen. Diese Randschichten, auch Beilby-Schichten genannt, unterscheiden sich hinsichtlich der Zusammensetzung, Struktur und Eigenspannung deutlich vom ungestörten Grundwerkstoff. Sie enthalten oftmals lokale Zugspannungen, eingebettete Fremdkörper und Oxide, Grobkornbildung, lokale Ausscheidungen an Korngrenzen. Diese Keime können Dauerbrüche auslösen.

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