technisches Papier
Untersuchung der Mikrostrukturen von Lagerstahl
Über Mohan Paladugu
Als Materialspezialist bei Timken untersucht Mohan Paladugu, wie verschiedene mikrostrukturelle Komponenten von Werkstoffen entstehen und wie sie sich bei unterschiedlichen Herstellungs- und Anwendungsbedingungen verhalten. Seine Arbeit dient als Grundlage für neue Konzepte zur Verbesserung der Produktzuverlässigkeit und -kosten. Als Experte für Materialmikrostruktur und -verhalten hat Paladugu die Ergebnisse seiner Arbeit ausführlich veröffentlicht.
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Weitere Forschungsergebnisse von Mohan finden Sie auf ORCID
Wälzlager sind für die Performance rotierender Maschinen in einer Vielzahl von Branchen von entscheidender Bedeutung. The Timken Company entwickelt und fertigt Lager, die für ihre hohe Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Anwendungen wie Windenergie, Mobil- und Prozessindustrie bekannt sind. Wir sind bestrebt, unser Verständnis dafür, wie unsere Produkte in diesen wachsenden Märkten abschneiden, kontinuierlich zu vertiefen.
So traten beispielsweise in den letzten zehn Jahren bei manchen Windkraftanlagen vorzeitige Lagerschäden auf, weil sich in den Laufringen der Lager weiß anätzende Risse oder sog. White Etching Cracks (WECs) gebildet hatten. WECs sind eine Art Schadensmodus in Lagern, benannt nach dem weißen Erscheinungsbild der Risse unter dem Lichtmikroskop. WECs gehen oft unerwartetem Abblättern und Abplatzungen in den Laufbahnen voraus. Timken-Lager sind jedoch bekannt dafür, dieser Art von Schäden zu widerstehen und sie bieten aufgrund ihrer Materialeigenschaften eine längere Lebensdauer. Wir wissen, dass unsere Stähle und die damit verbundenen metallurgischen Prozesse die Zuverlässigkeit unserer Produkte verbessern, aber was ist der Grund dafür und welche Mechanismen sind dafür verantwortlich?
Metallurgie ist eine Kernkompetenz von Timken. Also haben wir uns entschieden, dies ein wenig gründlicher zu untersuchen und die Mechanismen für diese überlegene Materialleistung zu bestimmen. Dazu haben wir verschiedene Materialien, Wärmebehandlungsmethoden und Mikrostrukturen in einschlägigen Prüfungen im Labormaßstab getestet und festgestellt, dass die Leistung mit unseren Parametern der Wärmebehandlung zusammenhängt – insbesondere wie viel Kohlenstoff während der Wärmebehandlung in den Stahl eingebracht wird.
Um die Mechanismen auf atomarer Ebene besser zu verstehen, werden die Stähle während der Wärmebehandlung und der Zugbelastung mithilfe hochenergetischer Röntgenstrahlen „in-situ“ untersucht. Ich habe mit Forschern in Großbritannien zusammengearbeitet, um zu untersuchen, wie sich die Atomanordnung in einem Lagerstahl während der Wärmebehandlung und auch während des Belastens und Entlastens ändert.
Die In-situ-Untersuchungen während der Wärmebehandlung lieferten Erkenntnisse darüber, wie sich verfestigende Phasen (Martensit oder Bainit) im Lagerstahl bilden und wie diese Phasen sich bei erhöhten Temperaturen verhalten. Darüber hinaus konzentrierten wir unsere Studie auf den Vergleich der Belastungsreaktionen von Bainit- und Martensit-Mikrostrukturen (mit gleichen Mengen an Restaustenit) unter Verwendung von In-situ-Synchrotron-Röntgenbeugung.
Unsere Ergebnisse legen nahe, dass die Atomgittereigenschaften der überwiegenden verfestigenden Phasen (Martensit/Bainit) die Stabilität der Mikrostruktur bei mechanischer Belastung bestimmen. Es wurde außerdem festgestellt, dass die im Atomgitter der verfestigenden Phase eingeschlossene Kohlenstoffmenge und die damit verbundene Gitterverzerrung eine Schlüsselrolle bei der Zuverlässigkeit von Lagerstahl zu spielen scheinen. Unsere internen Tests zur Lagerlebensdauer unterstützen diese Korrelationen ebenfalls.
Das Verständnis dieser Mechanismen zeigt, wie und warum sich verschiedene Stahlmikrostrukturen in einer bestimmten Anwendung unterschiedlich verhalten, was wiederum unser Produktwissen vertieft. Mit diesen Informationen können wir unsere Produkte für eine bessere Lebensdauer und günstigere Kosten entsprechend den Anwendungsanforderungen weiter optimieren.
Lesen Sie hier die vollständigen Dokumente:
In-situ-Synchrotron-Röntgenbeugung während des Abschreckens und Anlassens von SAE 52100-Stahl
Last Updated: 2022/02/24
Published: 2022/02/11