Home Wälzermüdung
Article
Licensed
Unlicensed Requires Authentication

Wälzermüdung

Teil 3: Werkstoffverhalten bei Hertz’scher Beanspruchung
  • H. Schlicht

    Dr.-Ing. Hans Schlicht, geb. 1933, studierte an der Technischen Hochschule (TH) München das Fach Allgemeiner Maschinenbau und promovierte am Institut für Metallkunde. Ab 1960 war er bei der Firma FAG Kugelfischer Georg Schäfer tätig. Er leitete die Hauptabteilung Produktforschung und Produktservice.
Published/Copyright: April 1, 2013
Become an author with De Gruyter Brill
Submit Manuscript Author Information
HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 59 Issue 5

Kurzfassungen

Das Besondere des Werkstoffverhaltens bei Hertz’scher Beanspruchung ergibt sich einerseits aus der Tatsache, dass die Gefügeveränderungen unter hohem hydrostatischen Druck ablaufen und andererseits daraus, dass sich während des Prozesses der Wälzermüdung der Ort größter Werkstoffbeanspruchung räumlich und zeitlich verschiebt. Hierbei dreht sich das Hauptspannungssystem. Der Ort der größten Beanspruchung (σvmax ) liegt unter der Kontaktfläche, zu Beginn des Ermüdungsprozesses senkrecht unter p0. Bei überelastischer Beanspruchung treten dort die ersten plastischen Verformungen des Gefüges auf, es entstehen Druckeigenspannungen parallel zur Kontaktfläche. Diese bewirken eine allmähliche Verschiebung des Ortes vonσvmax in Überrollungsrichtung, der Abstand zur Kontaktfläche wird kleiner. Gleichzeitig dreht die ursprünglich parallel zur Kontaktfläche liegende dominierende Zugspannung in Richtung Kontaktfläche. Untersuchungen zeigen, dass hoher hydrostatischer Druck große plastische Verformungen zulässt, ohne dass im Gefüge Mikrorisse entstehen. Die plastischen Verformungen bewirken einerseits eine Änderung der Eigenspannungen und andererseits auch eine Veränderung der Festigkeit. Das martensitische Gefüge enthält meist 10-15 Vol.-% Restaustenit; ein relativ kleiner Teil des Restaustenits wandelt zu Beginn des Ermüdungsprozesses (Phase 1) infolge der plastischen Verformung in Martensit um. Die Festigkeitssteigerung und die entstehenden Druckspannungen bringen die Gefügeveränderungen annähernd zum Stillstand (2. Phase, sog. Beharrungsphase). Zu Beginn der 3. Phase setzt am Ort größter Beanspruchung eine Beschleunigung der plastischen Verformungen ein, verbunden mit einer beschleunigten Umwandlung des Restaustenits zu Martensit. Gleichzeitig werden makroskopische Form- bzw. Gestaltänderungen beobachtet. Als Erklärung wird angenommen: Infolge der Verlagerung des Ortes größter Beanspruchung und der Drehung des Hauptspannungssystems wird aus den mikroplastischen Verformungen ein makroplastischer Vorgang. Gefügebereiche niedrigerer Festigkeit „fließen“ in Richtung Kontaktoberfläche. Es entstehen infolgedessen die thermodynamischen Voraussetzungen für eine beschleunigte Umwandlung des Restaustenits zu Martensit.

Summary

A particular point in properties of the material when stressed at hertzian conditions, results on the one hand from the reason that changes in microstructure occur at high hydrostatic pressure and on the other hand, that the position of maximum stressing shifts spatially and temporally during the procedure of rolling contact fatigue. By means of this, the system of main stresses turns to another direction. The spot of maximum stressing (σvmax ) is beneath the contact area, at the onset of the fatigue process right up from below p0. When stressing above the elastic limit, the first plastic deformations of the microstructure occur and compressive residual stresses arise parallel to the contact area. These stresses cause gradually a shift of the position of σvmax into the rolling direction, the distance to the contact area decreases. At the same time the dominating tensile stress, which lies primarily parallel to the contact area, turns towards the contact area. Investigations show that high hydrostatic pressure generates high plastic deformations without microcracking within the structure. The plastic deformations cause alterations of residual stresses on the one hand, but changes in strength on the other. The martensitic structure contains commonly 10 to 15 vol.-% fraction of retained austenite; when starting the fatigue process (phase 1) a relative small fraction of retained austenite transforms to martensite by plastic deformation. The enhancement of strength and the generated compressive stresses stop almost the changes in microstructure (2. phase, as called phase of steady state condition). With beginning of the 3. phase at the setting point of maximum operational load an acceleration of plastic deformation starts accompanied with an increased transformation of retained austenite to martensite. Macroscopic deformations and shape alterations are observed simultaneously. As an explanation it is approached: the microplastic deformations are shifted to a macro-plastic process because of the displacement of the setting point of operational load and the turn of the main stress system. Structural areas of low strength “flow” into the direction of the contact surface area. Hence the thermo dynamic postulations for an accelerated transformation from austenite to martensite are generated.

About the author

Dr.-Ing. H. Schlicht

Dr.-Ing. Hans Schlicht, geb. 1933, studierte an der Technischen Hochschule (TH) München das Fach Allgemeiner Maschinenbau und promovierte am Institut für Metallkunde. Ab 1960 war er bei der Firma FAG Kugelfischer Georg Schäfer tätig. Er leitete die Hauptabteilung Produktforschung und Produktservice.

Literatur

1 Schlicht, H.: Wälzermüdung (I): Plastische Verformungen. HTM 57 (2002) 3, S. 174-18910.1515/htm-2002-570312Search in Google Scholar

2 Schlicht, H.: Wälzermüdung (II): Spannungen und Werkstoffbeanspruchung. HTM 58 (2003) 5, S. 257-26510.1515/htm-2003-580508Search in Google Scholar

3 Schlicht, H.: Wälzermüdung (IV): Eine Hypothese zum Mechanismus. HTM demnächstSearch in Google Scholar

4 Voskamp, A. P.; Österlund, R.; Becker, P. C.; Vingsbo, O.: Gradual Changes in Residual Stress and Microstructure During Contact Fatigue in Ball Bearings. Metals Technology 7 (1980), S. 14-2110.1179/030716980803286676Search in Google Scholar

5 Voskamp, A. P.: Microstructural Changes During Rolling Contact Fatigue. Dissertation, TU Delft, 1997Search in Google Scholar

6 Donth, B.: Ermüdungsinduzierte martensitische Umwandlung und Festigkeitssteigerung in dem metastabilen austenitischen Stahl X2CrNi19-11. Diplomarbeit, Universität Erlangen-Nürnberg, 1992. Nach [7]Search in Google Scholar

7 Bassler, H.-J.: Wechselverformungsverhalten und verformungsinduzierte Martensitbildung bei dem Stahl X6CrNiTi18-10. Dissertation, Universität Kaiserslautern, 1999Search in Google Scholar

8 Knapp, H.: Über den Mechanismus der Austenit-Martensit-Umwandlung. Arch. für das Eisenhüttenw. 24 (1953), S. 497-50510.1002/srin.195301484Search in Google Scholar

9 Vöhringer, O.: Neuere Ergebnisse der Plastizitäts- und Bruchforschung mit praktischer Relevanz. In: Werkstoffverhalten und Bauteilbemessung, Macherauch, E. (Hrsg.), DGM-Fachkonferenz, 1986, S. 25-47Search in Google Scholar

10 Cohen, M.: Phase transformation in solids. Cornell Rep., New York, 1951Search in Google Scholar

11 Knapp, H.; Dehlinger, U.: Mechanik und Kinematik der diffusionslosen Martensitbildung. Acta Metall. (1956), S. 289-29710.1016/0001-6160(56)90066-9Search in Google Scholar

12 Eckstein, H.-J. (Hrsg.): Korrosionsbeständige Stähle. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1990, S. 90-98 (nach [7])Search in Google Scholar

13 Macherauch, E.: Praktikum in Werkstoffkunde. Verlag Vieweg, Braunschweig, 199210.1007/978-3-663-01089-0Search in Google Scholar

14 Bridgman, P. W.: The physics of high pressure. Bell and sons, London, 1958Search in Google Scholar

15 Lewandowski, J. J.; Lowhaphandu, P.: Effects of hydrostatic pressure on mechanical behaviour and deformation processing of materials. Int. Mater. Rev. 43 (1998) 4, S. 145-18710.1179/095066098790105645Search in Google Scholar

16 Zwirlein, O.: Die Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften von gehärtetem Wälzlagerstahl 100Cr6 durch hydrostatischen Druck. Z. Werkstofftech. 8 (1977), S. 344-35310.1002/mawe.19770081008Search in Google Scholar

17 Götz, F.: Berechnung der Spannungen, Verformungen und Temperaturen an Oberflächendefekten in Gleit-Wälzkontakten. Dissertation, TU München, 1993Search in Google Scholar

18 Zwirlein, O.; Schlicht, H.: Rolling Contact Fatigue Mechanism – Accelerated Testing Versus Field Performance. ASTM STP 771 (1981), S. 358-37910.1520/STP36149SSearch in Google Scholar

19 Hornbogen, E.: Werkstoffe. Springer, Berlin, 1994, S. 11510.1007/978-3-662-10894-9Search in Google Scholar

20 Eberhard, R.; Schlicht, H.; Zwirlein, O.: Werkstoffanstrengung bei Wälzbeanspruchung. HTM 30 (1975) 6, S. 338-34510.1515/htm-1975-300605Search in Google Scholar

21 Hähl, T.: Verformungs- und Versagensverhalten hochfester Werkstoffzustände des Stahls 100Cr6 bei homogen einachsiger Zug-Druck-Beanspruchung sowie mehrachsiger Hertzscher Pressung. Dissertation, Universität (TH) Karlsruhe, 1995Search in Google Scholar

22 Freitas, M.; Francois, D.: Initiation of fatigue cracks around inclusions in rolling fatigue. In: Elastic-Plastic Fracture, ASTM STP 803 (1983), S. 769-80710.1520/STP36799SSearch in Google Scholar

23 Sommer, C.; Christ, H.-J.; Mughrabi, H.; Voskamp, A. P.; Beswick, J. M.; Hengerer, F.: The Cyclic Stress-Strain Behaviour of Martensitic and Bainitic Variants of the Bearing Steel SAE 52100 (100Cr6). In: Festschrift aus Anlass des 65.Geburtstages von E. Macherauch. DGM, 1991, S. 3-14Search in Google Scholar

24 Christ, H.-J.; Sommer, C.; Mughrabi, H.; Voskamp, A. P.; Beswick, J. M.; Hengerer, F.: Fatigue Behaviour of Three Variants of the Roller Bearing Steel SAE 52100. Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 15 (1992) 9, S. 855-87010.1111/j.1460-2695.1992.tb00062.xSearch in Google Scholar
Published Online: 2013-04-01
Published in Print: 2004-10-01

© 2004 Carl Hanser Verlag, München

Articles in the same Issue

  1. Contents
  2. Einladung zu folgendem Seminar: Werkstoffe und Wärmebehandlung
  3. Hinweis zu folgenden Veranstaltungen der Technischen Akademie Esslingen (TAE)
  4. Zum 60. Härtereikolloquium
  5. Nitrieren
  6. Nitrieren von Fe-Cr-Legierungen
  7. Untersuchungen zur Ermittlung des Anwendungspotenzials für das Nitrieren von TiAl6V4 in einer intensivierten Glimmentladung
  8. Buchbesprechungen
  9. Buchbesprechung
  10. Beschichten
  11. Standzeitverbesserung durch Einsatz vanadincarbidhaltige Nickelbasis-Schutzschichten
  12. Buchbesprechungen
  13. Buchbesprechung
  14. Werkstoffe
  15. Stickstofflegierte Stähle für geschmiedete Schneidwaren
  16. Veranstaltungen
  17. Einladung zu folgenden AWT-Seminaren
  18. Wärmebehandlungsverfahren
  19. Eine einfache Methode zur Beurteilung von Abschrecksystemen
  20. Buchbesprechungen
  21. Buchbesprechung
  22. Wärmebehandlungsverfahren
  23. Verzugskompensation mittels Gasabschreckung in flexiblen Düsenfeldern*
  24. Buchbesprechungen
  25. Buchbesprechung
  26. Werkstoff- und Bauteilfestigkeit
  27. Werkstoffgerechte Randschichtkonzepte für die Festigkeitsgestaltung von Kurbelwellen
  28. Buchbesprechungen
  29. Buchbesprechung
  30. Werkstoff- und Bauteilfestigkeit
  31. Wälzermüdung
  32. Buchbesprechungen
  33. Buchbesprechungen
  34. 1st International Conference on Distortion Engineering (IDE) 2005
  35. HTM-Praxis
https://doi.org/10.1515/htm-2004-0017

Articles in the same Issue

  1. Contents
  2. Einladung zu folgendem Seminar: Werkstoffe und Wärmebehandlung
  3. Hinweis zu folgenden Veranstaltungen der Technischen Akademie Esslingen (TAE)
  4. Zum 60. Härtereikolloquium
  5. Nitrieren
  6. Nitrieren von Fe-Cr-Legierungen
  7. Untersuchungen zur Ermittlung des Anwendungspotenzials für das Nitrieren von TiAl6V4 in einer intensivierten Glimmentladung
  8. Buchbesprechungen
  9. Buchbesprechung
  10. Beschichten
  11. Standzeitverbesserung durch Einsatz vanadincarbidhaltige Nickelbasis-Schutzschichten
  12. Buchbesprechungen
  13. Buchbesprechung
  14. Werkstoffe
  15. Stickstofflegierte Stähle für geschmiedete Schneidwaren
  16. Veranstaltungen
  17. Einladung zu folgenden AWT-Seminaren
  18. Wärmebehandlungsverfahren
  19. Eine einfache Methode zur Beurteilung von Abschrecksystemen
  20. Buchbesprechungen
  21. Buchbesprechung
  22. Wärmebehandlungsverfahren
  23. Verzugskompensation mittels Gasabschreckung in flexiblen Düsenfeldern*
  24. Buchbesprechungen
  25. Buchbesprechung
  26. Werkstoff- und Bauteilfestigkeit
  27. Werkstoffgerechte Randschichtkonzepte für die Festigkeitsgestaltung von Kurbelwellen
  28. Buchbesprechungen
  29. Buchbesprechung
  30. Werkstoff- und Bauteilfestigkeit
  31. Wälzermüdung
  32. Buchbesprechungen
  33. Buchbesprechungen
  34. 1st International Conference on Distortion Engineering (IDE) 2005
  35. HTM-Praxis
Sign up now to receive a 20% welcome discount
Institutional Access
How does access work?
Have an idea on how to improve our website?
Please write us.
© 2025 De Gruyter Brill
Downloaded on 24.10.2025 from https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.1515/htm-2004-0017/html
Scroll to top button