Metallverschleiß ist ein Kontaktprozess. Dadurch werden die Partikel des Materials getrennt und die entstehenden Trümmer beschleunigen es.
 
Metallverschleiß ist in allen Arten von Bedingungen und Materialien vorhanden, ob es sich um Baustahl oder Edelstahl handelt. Auch verschleißfeste Stähle sind diesen Einflüssen ausgesetzt. Die wahren mechanischen Eigenschaften des Metalls können die Verschleißrate noch reduzieren. Der Metallverschleiß kann mit einer Reihe von Testmethoden überwacht werden, um zu bestätigen, dass das verwendete Produkt noch innerhalb der zulässigen Betriebsgrenzen liegt.

Die Verschleißmechanismen sind unterschiedlich. Sie können physikalisch und chemisch sein. Die Ursachen werden in mechanische, korrosive und adhäsive Ursachen eingeteilt.

 

Mechanischer Verschleiß

Mechanische Eigenschaften von Metallen bringen zum mechanischen Verschleiß von Metallen und das ist die einfachste Art der Degradation. Es tritt immer dann auf, wenn Teile oder Partikel aneinander reiben oder stoßen. Danach fallen kleine Materialstücke herunter, was den Prozess weiter beschleunigt.

 

Abrieb

Die Verformungswirkung von kleinen Partikeln oder Oberflächenvorsprüngen während der Reibung erzeugt abrasiven Verschleiß. Dies passiert, wenn ein Material härter als das andere ist und das weichere darunter leidet. Drei Hauptmechanismen des abrasiven Verschleißes:

• Schneiden – Material entfernen
• Fragmentierung – als Ergebnis des Schneidens entstehen Risse und Stücke brechen mit weiterem Verschleiß ab
• Schaben – Bewegen des Materials zur Seite in Richtung des Schabens

Abrasive Partikel können mit dem Schmiermittel, aus der Luft oder als Überbleibsel von früherem Verschleiß in das System gelangen. Abrasiver Verschleiß ist in vielen Bereichen, in denen solche kleinen Fragmente zu finden sind, eine Gefahr. Einige Beispiele sind Bergbau- und Bohrgeräte, Land- und Baumaschinen.

 

Erosiver Verschleiß

Ursachen für erosiven Metallverschleiß sind Einschläge von Feststoffpartikeln in Flüssigkeiten und Gasen. Das bedeutet, dass die kurzzeitige Gleitbewegung von Partikeln auf der Oberfläche die Oberfläche selbst degradiert. Die Wirksamkeit des erosiven Verschleißes wird durch die Geschwindigkeit, Form und Härte der Partikel bestimmt.

Der wichtigste Faktor ist jedoch der Auftreffwinkel zwischen den Schleiffragmenten und der abbauenden Oberfläche. Bei duktilen Werkstoffen tritt der maximale Verschleiß bei kleinen Winkeln (ca. 20°) auf. Spröde Materialien reagieren dagegen anders – der maximale Verschleiß liegt bei großen Winkeln (ca. 90°).

Wenn sich die abrasiven Partikel in Flüssigkeiten befinden, wird der Mechanismus als hydroabrasive Erosion bezeichnet. Beispiele hierfür sind Mischer, Reaktoren, Pumpen, Wasserturbinen usw.

Liegen die gleichen Bedingungen in Gasen vor, spricht man von gaserosivem Verschleiß. Die Auswirkungen sind sichtbar in Belüftungssystemen, pneumatischen Transportvorrichtungen, Flugzeugpropellern usw.

 

Kavitationsverschleiß

Kavitationsverschleiß tritt nur in flüssigen Umgebungen auf. In jeder flüssigen Substanz gibt es kleine Bläschen. Sinkt der Flüssigkeitsdruck unter den Sättigungsdampfdruck, dehnen sich zunächst die bereits vorhandenen Blasen aus. Steigt der Druck danach wieder an, implodieren die Kavitationsblasen mit hohen Geschwindigkeiten von bis zu 1000 m/s. Dies kann mit einer hohen Frequenz von bis zu 1000 Mal pro Sekunde geschehen und zu vielen hydraulischen Stößen sowie Vibrationen führen.

 

Abnutzung durch Ermüdung

Zyklische Kontaktbelastungen verursachen Ermüdungsverschleiß. Es tritt auf, wenn die Belastung größer ist als die Ermüdungsfestigkeit des Materials. Diese Belastung wird wiederholt aufgebracht und das Ergebnis ist eine verformte Oberfläche. Nach einiger Zeit entstehen Risse und durch ständige Abnutzung brechen Teile des Materials heraus. Dadurch wird der Vorgang weiter beschleunigt.

Ermüdungsverschleiß tritt sowohl beim Rollen als auch beim Gleiten auf. Daher müssen bewegliche Teile geschmiert werden. Die Schmierung trennt die Komponenten mit einer dünnen Schicht, wodurch die Reibung verringert wird. Aber der Effekt besteht noch zu einem gewissen Grad. Ermüdungsverschleiß beschädigt Lager, Schienen, Zugräder usw.

 

Korrosiver Verschleiß

Eine andere Verschleißart ist korrosiv, was besonders häufig bei Eisenmetallen vorkommt. Er wird auch als korrosiver mechanischer Verschleiß bezeichnet, weil in diesem Fall der mechanische Verschleiß mit Korrosion einhergeht. Seine Unterkategorien sind oxidativer Verschleiß und korrosiver Verschleiß.

 

Oxidativer Verschleiß

Oxidativer Verschleiß ist die häufigste Art von korrosivem Verschleiß. Beim oxidativen Verschleiß reagiert das Material mit Sauerstoff. Durch Reibung bildet sich eine nur 1 µm dicke Schicht mit einer speziellen oxidreichen Struktur. Eine so dünne Schicht wird Film genannt. Unter der Folie befindet sich eine verformte Materialschicht, die durch eine hohe Versetzungsdichte gekennzeichnet ist.

Bei normalem oxidativem Verschleiß wird lediglich die Oberflächenstruktur durch mechanische Einwirkung abgetragen. Der Oxidfilm wird ständig erneuert, wodurch dieser Prozess kontinuierlich wird. Die Geschwindigkeit des oxidativen Verschleißes hängt von der Temperatur ab.

 

Reibkorrosiver Verschleiß

Reibkorrosionsverschleiß entsteht durch Kontaktflächen, die ständig mit kleiner Amplitude (20…30 µm) schwingen. Diese Bewegung wird normalerweise von Korrosion begleitet. Ständiges Aufbrechen der neu gebildeten Oxidschicht und deren Erneuerung verursacht Verschleiß. Diese Art von Verschleiß ist in Lagern, Kupplungen und Zahnrädern, Schraubenverbindungen usw. vorhanden.

 

Adhäsiver Verschleiß

Adhäsiver Verschleiß ist durch die Adhäsion von Partikeln von einer Oberfläche zur anderen unter Verwendung von Molekularkräften gekennzeichnet. Dies führt zu einem plötzlichen Stopp der beweglichen Teile, was zu einer Fehlfunktion führen kann.

Adhäsiver Verschleiß tritt bei niedrigen (bis 0,6 m/s) und hohen (über 0,6 m/s) Geschwindigkeiten auf. Bei niedrigen Geschwindigkeiten übersteigt die Druckfestigkeit die Streckgrenze des Materials und es fehlt an Schmiermittel oder Oxidationsschicht. Bei hohen Geschwindigkeiten ist die Druckfestigkeit hoch und die Temperatur steigt auf 1500 °C. Beide Szenarien führen zu adhäsivem Verschleiß.

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