Stresstech Bulletin 4
Text: Murat Deveci, figures: Stresstech
Thermische Scleifchäden, auch als Schleifbrand bekannt, verkürzen die Ermüdungsdauer und können schwere Ausfälle in dynamisch belasteten, kritischen Komponenten verursachen.
Schleifbrand entstehen meist in gehärteten Bauteilen, wenn die Mikrostruktur des Materials verändert wird, weil zu viel Schleifenergie in Wärme umgewandelt und dann auf das Bauteil übertragen wird.
Bei Erreichen von Temperaturen zwischen dem Anlassbereich und unterhalb der Austenisierungstemperatur wird die Oberfläche des Bauteils neu angelassen. Dies bedeutet, dass die Härte abnimmt und Zugeigenspannungen in der Oberfläche auftreten. Dieses thermisch erweichte Material wird als übertemperierter Martensit (OTM) bezeichnet und als Anlasszohne bezeichnet. Bei der mikroskopischen Analyse wird OTM durch eine dunkle Schicht unter der Oberfläche angezeigt.
Bei Erreichen von Temperaturen über der Austenisierungstemperatur wird die Oberfläche wieder aufhärtet, was zu einer sehr hohen Härte und hohen Druckeigenspannungen in der Oberfläche führt. Dieses thermisch gehärtete Material wird als nicht angelassener Martensit (UTM) bezeichnet und als Neuhärtung bezeichnet. Diese neugehärteten Bereiche sind normalerweise von angelassenen Bereichen umgeben, was zu Oberflächenrissen und Pitting führt, wenn das Bauteil in Betrieb genommen wird. Bei der mikroskopischen Analyse wird UTM durch eine weiße Schicht auf der Oberfläche angezeigt.
Der Hauptzweck des Schleifens ist natürlich, Material um ein bestimmtes Mass zu entfernen. Allerdings kann ein großer Teil der Energie die Temperatur bis zu 1500°C in der Oberflächenschicht ansteigen lassen. Diese Wärmeenergie muss durch effektive Kühlung abtransportiert werden.
Einige der wichtigen Faktoren sind die Kühlmittelart, die Kühlmittelkonzentration, das Kühlmittelalter und der Kühlmittelfluss. Auch der Zustand und die Eigenschaften der Schleifscheibe wie Typ, Geschwindigkeit, Vorschubrate und Verschleiß sind sehr wichtig. Die vorherige Behandlung des Materials, d.h. Wärmebehandlung, wirkt sich ebenfalls auf das Ergebnis aus.
Schleifscheibenverschleiß
Eine der Hauptursachen für die Überhitzung des Bauteils, dieSchleifbrand verursacht, ist der Verschleiß der Schleifscheiben.
Während des Schleifprozesses können Schleifkörner auf der Schleifscheibe aufgrund mechanischer und thermischer Belastungen und physikalisch-chemischer Abnutzung abgestumpft werden. Das Abstumpfen der Schleifmittel kann die Arbeitsleistung der Schleifscheibe reduzieren
Nach der Phase der Abstumpfung können einige der Schleifkörner absplittern und sogar abbrechen, was zu einer glatteren Oberfläche der Schleifscheibe führt, so dass die Scheibe eine erhöhte Kontaktfläche mit dem Bauteil hat.
Eine glattere Oberfläche überträgt mehr Wärme auf das Bauteil aufgrund einer höheren Reibungsrate, die auch dazu führt, dass die verbleibenden Schleifkörner ausbrechen.
Nach dieser Phase werden die Poren, in denen wir vorher Schleifkörner hatten, mit Metallspäne des Bauteils gefüllt werden, was zu einer Vergrößerung der Tiefe der wärmebeeinflussten Zone auf dem Bauteil führt.
Dem Verschleiß der Schleifscheibe sollte durch regelmäßiges und rechtzeitiges Abrichten entgegengewirkt werden. Das Abrichten ist ein Schärfen, bei dem frische Schleifmittelkörner auf der Schleifscheibe freigelegt werden. Dies reduziert jedoch die Schleifschicht der Scheibe und ist teuer, wenn es zu oft durchgeführt wird.
Produktivität vs. Qualität
Natürlich können wir Schleifbrand vermeiden, indem wir bei unserem Schleifprozess sehr vorsichtig sind. Mit immer frisch abgerichteten Schleifscheiben, einem richtigen Kühlmechanismus und niedrigen Vorschubraten wird die Qualität des Schleifprozesses erhöht und die Qualität des Bauteils optimiert. Dies kann jedoch zu einer geringen Produktivität führen und sowohl die Fix- als auch die Betriebskosten des Schleifprozesses erhöhen.
Die schwierigste Arbeit besteht darin, sowohl Qualität als auch Produktivität zu optimieren, um ein hochwertiges Bauteil ohne Schleifbrand zu niedrigsten Kosten herzustellen.
Wenden Sie sich an uns für weitere berating bezüglich Schleifbrandproblemen.