White Etching Areas

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Motivation

In den letzten Jahren wird aus verschiedenen Anwendungen (Windkraft, Eisenbahnen, Kraftfahrzeugwesen) zunehmend von Frühausfällen in Wälzlagern aus dem Stahl 100Cr6 berichtet. Insbesondere in der Windkraft sind diese Schäden von hoher betriebs- und volkswirtschaftlicher Bedeutung. Die Schäden treten in Form von Axialrissen oder pockenartigen Ausbrüchen auf der Lauffläche der Lagerringe auf. Metallographische Untersuchungen zeigen unter der Laufbahn Bereiche, die sich nicht anätzen lassen und daher als „White Etching Areas“ oder kurz „WEA“ bezeichnet werden. Risse, die zur Schädigung des Lagers führen, verlaufen durch bzw. entlang dieser WEA und werden daher auch „White Etching Cracks“ (WEC) genannt. Obwohl in der Literatur vielfältige Erklärungsversuche für dieses Phänomen gegeben und kontrovers diskutiert werden, sind die ursächlichen Gründe für das Auftreten der Erscheinung WEA/WEC noch weitgehend unklar. Wirkungsvolle und nachhaltige Maßnahmen zur Vermeidung der Lagerfrühausfälle erfordern das korrekte und tiefgreifende Verständnis der physikalischen Mechanismen, die zur Schädigung führen.

Zielsetzung

  • Verständnis der Entstehungsmechanismen der WEA und der WEC-bezogenen Schadensmechanismen
  • Bewertung bestehender Fehlerhypothesen und deren Verbesserung
  • Vorhersage von Bedingungen, die zur Bildung von WEA führen, mittels FE-Modellierung und Simulation


Projektinhalt

  • Identifizierung von Vorstufen, die zur Bildung eines WEA/WEC-Fehlers führen
  • Bewertung von Einflussfaktoren und Ermittlung von Schwellenwerten
  • Mikrostrukturanalyse und Charakterisierung von geprüften Proben durch Rasterelektronenmikroskopie (REM), Elektronenrückstreudefraktion (EBSD) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
  • Untersuchung des mechanischen Verhaltens, der visko-plastischen und metallplastischen Effekte bei der Bildung von WEA's
  • Multiskalige Modellierung und Simulation von Mechanismen, die zur Bildung von WEAs führen


Finanzierung
DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft)

Publikationen

  • Oezel, M.; Schwedt, A.; Janitzky, T.; Kelley, R.; Bouchet-Marquis, C.; Pullan, C.; Broeckmann, C.; Mayer, J. (2018): Formation of white etching areas in SAE 52100 bearing steel during rolling contact fatigue testing − Influence of diffusible hydrogen
  • Eser, A., Bezold, A., Broeckmann, C., Schruff, I., Greeb, T.: Simulation des Anlassens eines dickwandigen Bauteils aus dem Stahl X40CrMoV5-1, HTM Journal of Heat Treatment and Materials 69 (2014), p. 127-137
  • Duscha, M., Eser A., Klocke, F., Broeckmann, C., Wegner, H., Bezold, A.: Modeling and simulation of phase transformation during grinding, Advanced Material Research 223 (2011), p. 743-753
  • Diederichs, A.M.; Schwedt, A.; Mayer, J.; Dreifert, T.: Electron Microscopy analysis of structural changes within White Etching Areas. Materials Science & Technology 32 (2016), p. 1683-1693