Rs 6. Zusammenfassung

Volltext

(1)

Zusammenfassung

____________________________________________________________________________ 85

6. Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Aspekte der Inkubationsphase bei der Schä-digung durch Kavitationserosion untersucht. Eines der Ziele dieser Arbeit ist die Erforschung der Indikatoren der plastischen Verformung an der Oberfläche wie Rauhigkeit und Eigen-spannungen an und unterhalb der beanspruchten Oberfläche, da diese Indikatoren relevante Informationen bezüglich des Schädigungsfortschrittes und der mechanischen Eigenschaften liefern können. Vorherige Untersuchungen hatten die Möglichkeit der Auswertung von diesen Parametern als voraussagende Methoden gezeigt. Diese Untersuchungen wurden hauptsäch-lich bei Stählen durchgeführt ohne die mechanischen Eigenschaften und den Verformungs-grad des Materials zu betrachten.

Außerdem wurde das Verhalten von Formgedächtnislegierungen in der Inkubationsphase der Schädigung durch Kavitationserosion erforscht. Ziel dieser Arbeit war der Einfluss der Pseu-doelastizität und der frühen Stabilisierung des Martensits sowie die Untersuchung der Defekt-bildung, die zum Masseverlust durch Erosion führt, auf die Kavitationserosionsresistenz bei unterschiedlichen Formgedächtnislegierungen.

Die Ergebnisse dieser Arbeit können daher in drei Themenschwerpunkte gegliedert werden: Rauhigkeitsuntersuchungen, Eigenspannungsmessungen und Schädigungsmechanismen bei Formgedächtnislegierungen.

- Rauhigkeitsuntersuchungen:

Kavitationsbeaufschlagung führt bei metallischen Werkstoffen zu Verformung der Oberflä-chezonen, denen topologische Änderungen ein Maß der Inkubationsphase darstellen können. Die Rauhigkeitsuntersuchung umfasst drei zu ermittelnde Aspekte: 1) Die Entwicklung der Rauhigkeitsparameter in der Inkubationsphase und beim Übergang von der Inkubationsphase zur Erosionsphase bei Cu, Ni, CuZn30, Stahl 1.4301 und Duplex Stahl 1.4462. 2) Den Ein-fluss der vorherigen Verformung durch Kaltwalzen bei Cu, Ni, CuZn30 und CuAl7. 3) Den Einfluss der Kavitationsintensität auf die Rauhigkeit bei Cu und Stahl 1.4301.

(2)

Zusammenfassung

____________________________________________________________________________ 86 zur Erosionsphase in der Masseverlust-Zeit Kurve aufweist. Dieses Verhalten wurde bei allen

untersuchten Materialien beobachtet. Aus diesen Ergebnissen kann man folgern, dass frühe Masseverluste an kavitierten Oberflächen durch den Rs-Parameter mit hoher Genauigkeit vor-ausgesagt werden können.

Das Verhalten der Rauhigkeitsparameter als eine Funktion der Zeit bei dem anfänglichen Masseverlust ist kaum von dem vorherigen Walzen beeinflusst, obwohl das Kaltwalzen zu einer Verlängerung der Inkubationsphase führt. Dieses Ergebnis ist besonders auffällig bei Metallen wie Cu und Ni, die relativ hohe Werte der Stapelfehlerenergie besitzen und damit ein niedrigeres Kaltverfestigungsvermögen. Auch ist die Tatsache auffällig, dass die meisten untersuchten Werkstoffe kritische Werte der mittleren Abweichung (Pa) beim Übergang von der Inkubationsphase zur Erosionsphase unabhängig vom vorherigen Verformungsgrad errei-chen

Die Modifizierung der Intensität bei der Kavitationserosionsprüfung führt zu erwarteten Än-derungen bei der Dauer der Inkubationsphase. Dennoch erreicht jedes Material Pa-Werte, die näherungsweise konstant sind, unabhängig von der Intensität. Bei Cu zeigen die Kurven von

Pa in Abhängigkeit von der Zeit des anfänglichen Masseverlusts eine hohe Ähnlichkeit.

Aus der vorliegenden Arbeit kann gefolgert werden, dass die Bewertung des Rs-Parameters in der Inkubationsphase relevante Voraussagen in Bezug auf frühen Masseverlust bei der Schä-digung durch Kavitationserosion liefert. Andererseits neigen Materialien mit unterschiedli-chem Verformungsgrad und bei unterschiedlichen Prüfungsintensitäten dazu ähnliche Pa-Werte anzunehmen. Hierbei lässt sich vermuten, dass ein Material durch ein bestimmtes Maß der Schädigung eine kritische Verformung der Oberfläche beim Übergang von der Inkubationsphase zur Erosionsphase erreichen kann. Diese Verformung kann durch die Auswertung von Pa quantifiziert werden.

- Eigenspannungsmessungen

(3)

Zusammenfassung

____________________________________________________________________________ 87 und Verformung der Oberfläche. Es wurde ein Abbau bei niedrigeren Kavitationsdauern als

IP(0,1) (Kavitationszeit bei einem Masseverlust von 0,1 mg) festgestellt, insbesondere bei

Materialien, die dabei starke plastische Verformung aufweisen. Jedes Material erreicht ungefähr das gleiche Niveau der Eigenspannungen, unabhängig von der vorherigen plastischen Verformung. Daraus lässt sich folgern, dass dieses Niveau unabhängig von der Fließgrenze ist. Bislang liegen keine Informationen über ein mathematisches Modell vor, das die Bildung der Eigenspannungen bei Kavitationserosion voraussagen kann. Deshalb ist eine Voraussage der Variablen zur Bestimmung der Eigenspannungen nicht möglich. Die Eigenspannungen erreichen bei jedem Material unterhalb der Oberfläche einen Sättigungswert. Dieser besitzt die gleiche Größe wie im Bereich der Oberfläche. Das Erreichen eines ähnlichen Sättigungswerts unterhalb der Oberfläche wurde mit dem Fortschritt der Schädigung verbunden. Das Eindringen des kritischen Eigenspannungsniveaus bis zu einer bestimmten Tiefe wurde mit dem Erreichen der Phase III des Kavitationserosionsvorgangs in Verbindung gesetzt, in dem das Material eine maximale und konstante Masseverlustsrate erreicht.

- Schädigungsmechanismen bei Formgedächtnislegierungen

Es wurden hauptsächlich die morphologischen und kristallographischen Änderungen in der Inkubationsphase der Kavitationserosion bei CuZnAl-Formgedächtnislegierungen erforscht. Das Verhalten dieser Legierungen wurde mit pseudoelastischen Mn-Bronzen und NiTi-Formgedächtnislegierungen mit und ohne pseudoelastische Eigenschaften verglichen. Die untersuchten CuZnAl-Materialien waren jeweils eine pseudoelastische und eine martensiti-sche Legierung. Die pseudoelastimartensiti-sche CuZnAl-Legierung weist eine längere Inkubationsphase als die anderen Cu-Basis Legierungen (martensitische CuZnAl- und Mn-Bronzen) auf. Dieses lässt sich durch die hohe Reversibilität der martensitischen Umwandlung erklären. Der Schä-digungsmechanismus bei dieser Legierung findet durch Defektbildung an der Oberfläche statt. Diese Defekte sind als Bänder zu erkennen, die das ganze Korn hauptsächlich in zwei Orien-tierungen durchqueren. Untersuchungen, die an einem Einkristall mit ähnlicher Zusammen-setzung durchgeführt wurden, zeigten die Möglichkeit, dass die Orientierung dieser Bänder den Habitusebenen des 18R-Martensit folgt.

(4)

Zusammenfassung

____________________________________________________________________________ 88 einer niedrigeren Defektbildung bei der reversiblen Umwandlung führt. Die martensitische

Legierung CuZnAl zeigte eine höhere Kavitationsresistenz im Vergleich mit den Mn-Bronzen, obwohl diese Legierung keine reversible Umwandlung Austenit ↔ Martensit auf-weist. Dieses kann durch die hohe Bewegungsfähigkeit der Zwillingsgrenzen erklärt werden, die eventuell eine Koaleszenz der martensitischen Varianten verursacht. Dieser Mechanismus bewirkt eine hohe Energiedissipation, wodurch die Inkubationsphase erheblich verlängert wird.

Die Pseudoelastizität beim NiTi, das durch eine thermomechanische Behandlung erhalten wird, verlängert die Inkubationsphase erheblich in Vergleich mit dem nicht pseudoelastischen Material. Man kann dabei beobachten, dass die Stabilisierung des Martensits durch Blasen-implosionen sowohl bei Cu-Basis- als auch NiTi-Formgedächtnislegierungen zu einer frühen Schädigung des Materials führt. Die Materialien, die eine hohe reversible martensitische Umwandlung aufweisen, zeigen Schädigung durch Kavitationserosion wegen der Bildung von Defekten durch die wiederholte Transformation. Diese Defekte werden nach einer längeren Beanspruchungszeit gebildet, wenn sie mit denen, bei Materialien mit niedrigerer Reversibili-tät der martensitischen Umwandlung, verglichen werden.

Abbildung

Updating...

Referenzen

Updating...

Verwandte Themen :