Mit dieser Hypothese steht das Verhalten der kritischen Temperatur T a gegenuber unterschiedlicher Kerbscharfe und Probenabmessung in Ubereinstimmung. Sowohl Biege- versuche als auch Zugversuche zeigen, dal3 die kritische Temperatur Ta von der Kerbscharfe nicht beeinfluk wird, wie es fur eine die Rinfortpflanzung erfassende MeBgroBe erwartet wird. Im Scharfkerbbiegeversuch unterscheidet sich T, fur Kerben von 0,11 mm, von 0,005 mm und fur Daueranrisse nicht [l]. Zugversuche an Proben mit Kerben von 0,11 und 0,Ol mm Radius sowie mit Daueranrissen er- gaben gleichfalls ubereinstimmende Temperaturen fur das Auftreten des instabilen Bruches. - Die Crack Arrest- Temperatur des Robertson-Testes ist deutlich von der Blechdicke abhangig [2] . Den gleichen Einflul3 beobachtet man beim Scharfkerbbiegeversuch. Mit zunehmender Dicke wird die kritische Temperatur ungiinstiger. So wurde fur 40 mm dicke Bleche eine urn 20 grd hohere kritische Tem-

peratur Ta gefunden als fur die Abmessung 10 mm. Eine Zunahme der Dicke von 40 mm auf 90 mm bewirkt keine weitere hderung.

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Anschrift : Dr. J. Degenkolbe, Thyssen Niederrhein GmbH, 42 Ober- hausen, Essener Str. 66.

Manuskripteingang am 16. 9. 1971 [T 931

Veranderung von Stahloberflachen durch Reibung

Klaus Muller Mitteilung aus dem Institut fur Erd6lforschung, Hannover

Kontaktflachen werden durch Reibvorgange meistens angegrif- fen. Der EinfluJJ der Flachenpressung, der Reibgeschwindigkeit und des Werkstofftyps sowie die Auswirkung won Schmierstoffen auf diesen Angriff werden gewohnlich als abgetragenes Werkstoff-- volumen, als Gewichtsverlust oder als dnderung des Oberflachen- profils in numerischen GroJJen angegeben. I n dieser Untersuchung werden zur Beurteilung des Reibflachenangriffs Aufnahmen mit dern Raster-Elektronenstrahl-Mikroskop ( R E M ) herangezogen. Es werden die unterschiedtichen Angriffsformen durch kontinuier- liche Reibbewegung und durch Reibschwingungen (Reibkorrosion) sowohl ohne als auch mit Anwesenheit won Schmierstoffen ge- zeigt. An der vollstandigen Veranderung won sehr rauhen Ober- flachen kann der Nachweis gefiihrt werden, daJJ bei Abriebvor- gangen der Anfangszustand der Reibflachen keine Rolle spielt. Verschleiflmindernde Zusatze zum 01 ergeben ein anderes Bild, als wenn das 01 ohne Zusatze verwendet wird.

1. Reibvorgange und deren Untersuchung

Die bei Reibprozessen ablaufenden Vorgange zwischen Werkstoffen, Schmierstoffen und der umgebenden Atmo- sphare sind vielfach Untersuchungsobjekt gewesen. Vor allen Dingen, wenn Schmierstoffe am Reibprozel3 beteiligt sind, wozu im weitesten Sinne auch adsorbierte Gasschich- ten aus der Atmosphare und die Luftfeuchtigkeit gezahlt werden miissen, werden die Reibvorgange uniibersichtlich. Daher ist es bisher nur unvollkommen gelungen, die beim Reiben ablaufenden Vorgange detailliert zu beschreiben. Die Kenntnisse dariiber ergeben sich aus den SchluBfolge- rungen aus den erfanbaren Folgen des Reibvorgangs : Reib- kraft, Reibspuren, Reibschichten und Reibprodukte.

Steel Surfaces after Fricton Processes. Steel surfaces which have been treated by friction under different conditions are investigat- ed by scanning-electron-microscopy. The well-known differences in the treatment by either reciprocating or continuous sliding may be separated in pictures of high magnification very accurately. Liquid lubricants during boundary lubrication form layers o f certain solidity on the surfaces. The addition o f antiwear-additi- ves gives a better adhesion o f the layers on the substrate. The behaviour of additives containing phosphorus are investigated thoroughly and compared with competing results given in the literature. I t is stated by magnified surface pictures that the original conditions o f the surfaces have minor influence on the wear process.

In diesem Beitrag wurden die beim Reiben verursachten Oberflachenveranderungen untersucht, wozu das Raster- Elektronenstrahl-Mikroskop (REM) eingesetzt worden ist. Dieses Mikroskop eignet sich besonders gut fur die Abbil- dung von Reibflachen, da die bei der Reibbeanspruchung oft entstehenden Rauheiten durch die groRe Scharfentiefe sehr plastisch wiedergegeben werden. Bei Reibungsuntersu- chungen ist es erwunscht, die Veranderung der Oberflache durch das Reiben zu erfassen. Der weite VergroBerungsbe- reich von 20 bis 50000fach, der sich stufenweise im elektro- nischen Verstarkerteil einstellen lafit, erleichtert das Wieder- finden von Oberflachenbezirken vor und nach Reibvorgan- gen. Weitere Einzelheiten iiber Arbeitsweise und Anwend-

2. f . W e r k s t o f t e c h n i k I ] . of Materials Technology 3. lahrg. 1972 I Nr. 3 133

barkeit des Raster-Elektronenstrahl-Mikroskops sind den folgenden Literaturstellen zu entnehmen: Seiler [l], Pfeffer- Aorn und Blaschke [2] oder Rez/muth [3].

2. Formen der Reibbewegung

Zwischen Oberflachen sind zahlreiche Bewegungsformen moglich. Da die Auswirkungen auf die Oberflachen sehr un- terschiedlich sein konnen, sollen die Formen der Reibbewe- gungen kurz erortert werden.

Zwei Flachen konnen sich translatorisch in tangentialer oder in normaler Richtung zueinander bewegen. Beispiele fur tangentiale Reibbewegungen sind Bremsvorgange, spa- nende Bearbeitung oder Hubkolbenbewegungen und fur normale Bewegungen spanlose Formgebung oder StoRvor- gange. Die andere Gruppe bilden die Rotationsbewegun- gen. Die Rotationsachse kann dabei zur Grenzflache liegen wie bei Reibkupplungen, bei Axiallagerungen oder beim Stirnfrasen, und sie kann parallel zur Gegenflache ausgerich- tet sein wie bei Radialgleitlagern oder bei der schlupfbehaf- teten Rollreibung. Diese Form der Rollreibung ist ein wesentlicher Vorgang an den Zahnflanken von Zahnrad- trieben.

Ob die Reibbewegung kontinuierlich ablauft oder ob sie standig die Richtung wechselt wie bei der Reibschwingung, ist von groRer Wichtigkeit, wenn es um die Veranderung von Reibflachen geht. Auch die Reibgeschwindigkeit muR als EinfluRgroBe beriicksichtigt werden.

AuRer den geometrischen und zeitlichen anderungen der Be- wegung mu8 bei Reibungs- und VerschleiBprozessen auch noch die Art der Flachenberuhrung in Betracht gezogen werden. Allgemein werden die Reibvorgange eingeteilt in Festkorperreibung, Mischreibung und Fliissigkeitsreibung. Diese Unterscheidung ist nicht ohne Widerspriiche. So wird die Reibung bei Anwendung von Festschmierstoffen zur Festkorperreibung gezahlt, obwohl aufgrund der Erschei- nungsform die groBere Verwandtschaft zur Fliissigkeitsrei- bung besteht. Eingangs wurde schon darauf hingewiesen, daR adsorbierte Gasschichten wie Schtnierstoffe wirken konnen. Fur die Gruppe Festkorperreibung bleibt bei dieser Betrachtungsweise dann nur noch die Reibung unter Vaku- umbedingungen iibrig.

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird hier, der Praxis besser angepaBt, unterschieden nach:

1. Oberflachenkontakt ohne Anwesenheit von Schmierstof- fen

2. Partieller Oberflachenkontakt bei Anwesenheit von Schmierstoffen

3. Vollstandige Oberflachentrennung durch Schmierstoffe

Die zur Untersuchung mit dem REM herangezogenen Reib- flachen wurden auf den im Instit& fiir Erdolforschmg, Hanno- ver, entwickelten Anlagen zur Erzeugung von Reibkorro- sion [4] hergestellt. In diesen Anlagen werden zylindrische Prufkorper mit ihren Stirnflachen gegeneinander in rei- bende Rotation versetzt. Eine der beiden Anlagen gestattet es, sowohl Rotationsschwingungen als auch nach einfacher Umrustung kontinuierliche Rotationsbewegungen ablaufen 2.1 lassen. Die hier untersuchten Prufkorper wurden zur bes- seren Handhabung in der Probenkammer des REM abge-

wandelt. Statt der Kreisringflache wurden zwei zylindrische Stifte mit einem Durchmesser von 4 mm gewahlt, die rnit dem Mittelpunkt in 10 mm Abstand vom Drehzentrum ein- ander gegenuberliegend angeordnet wurden. Diese Priif- korper standen in Kontakt rnit einer kreisringformigen Ge- genflache und fuhrten die vorgegebenen Reibbewegungen bei folgenden Bedingungen aus :

spez. Flachenlast : 5 kp/mm2 5 kp/mm2 mittl. Reibgeschw. 9 mm/s 4 mmjs Wegamplitude : ~- 0,05 mm Frequenz : - 20 Hz Versuchsdauer : 1,4 h 1,4 h

Oberflachenrauheit : R, = 0,2 pm R, = 0,2pm (wenn nicht anders angegeben) Bearbeitungszustand : geschliffen geschliffen Vickers-Harte : 190 kp/mm2 190 kp/mm2

Bei den Versuchslaufen rnit Schmierstoff befand sich die Kontaktflache unterhalb des Fliissigkeitspegels des Schmierstoffs, so daB die Flachen beim Zusammenfiigen mit Schmierstoff benetzt werden. Weiter wurden keine besonde- ren MaBnahmen zur Versorgung der Reibflachen ergriffen.

kontinuierl. Bew. Reibschwingung

entspr. 100000 Schwing.

2.1. Kontinuierliche Reibbewegung

Die in der Praxis auftretenden Reibvorgange laufen meist derart ab, daB eine Bewegungsrichtung beibehalten wird. Bis auf einzelne Ausnahmen sind hierbei geringe Reibungs- zahlen erwunscht. Der Einsatz von Schmierstoffen ist uner- 1aRlich. Die Auswahl der Schmierstoffe erfolgt hauptsach- lich nach Erfahrungswerten. Ein vielfaltiges Schmierstoff- angebot auf dem Markt ermoglicht es, Reibvorgange rnit kontinuierlicher Bewegung zu beherrschen.

2.2. Wechselnde Bewegungsrichtung

Reibvorgange mit wechselnder Bewegungsrichtung (Reib- schwingungen) sind im Gegensatz zu denen rnit kontinuier- licher Bewegung vielfach unerwunschte Nebenerscheinun- gen bei vielen in Kontakt stehenden Maschinen- und Appa- rateteilen. Die Folgen dieser Bewegungsform, namlich die Zerstorung der beruhrenden Werkstoffoberflachen, werden als Reibkorrosion bezeichnet. Zahlreiche Daten, sowohl aus Versuchsgeraten als auch aus der Praxis, deuten darauf hin, daB der durch Reibschwingungen hervorgerufene Angriff der Werkstoffe nicht durch Schmierstoffe verhindert werden kann.

3. Wirksamkeit von Schmierstoffen

In dieser Untersuchung wurden beim Werkstoff Stahl (unle- gierter Kohlenstoffstahl) fur die beiden angegebenen Bewe- gungsformen bei Anwesenheit und bei Fehlen von Schmier- stoffen die folgenden grundsatzlichen Unterscheidungs- merkmale beobachtet :

Kontinuierliche Bewegung ohne Schmierstoff mit OLschmierimng pulverformiger, grauschwarzer geringer Angriff, kaum Abrieb Abrieb

Wechselnde Bewegungsrichtung ohne Schmierstoff mit Ohchmierung starker unregelmaBiger Angriff, rotes Eisenoxyd auf der Reibflache

starker Angriff, teilweise metallisch blankes Aus- sehen, teilweise schwarzes, fest haftendes Abrieb- produkt

134 2. f. Werkrtofftechnik 11. o/ Materials Technology 3. Iahrg. 1972 I N r . 3

Diese voneinander verschiedenen Angriffsformen sind mit Hilfe von REM-Aufnahmen naher untersucht worden.

3.1. Reibbeanspruchung ohne Beteiligung elnes Schmierstoffs

Die Veranderung von Stahlflachen, die kontinuierlich an- einander reiben, ist die gleiche, die nach der spanenden Be- arbeitung wie Drehen oder Frasen erhalten wird (Abb. 1 u. 2). Diese ubereinstimmung ist zu erwarten; denn die letzte Veranderung der Arbeitsflache des Werkstucks beim Dre- hen wird durch eine Reibbewegung mit der Freiflache der Nebenschneide des Werkzeugs hervorgerufen.

Abb. 1. (spez. Flachenlast : 5 kp/mm2). Abb. 2.

Reibflacbe bei St 50 nach kontinuierlicher Reibbewegung

Oberflache von St 50 nach Drehbearbeitung.

Ein typisches Aussehen fur den Angriff durch Reibschwin- gungen bei ungeschmierten Flachen zeigt die Abb. 3. Es werden dabei haufig unterbrochene Schichten von rostro- tem Aussehen erzeugt. Diese Schichten sind nicht fest mit dem Untergrund verbunden, sondern wolben sich stellen- weise hoch, wobei vermutlich die beim Reiben entwickelte Warme diese Warmedehnungen bewirkt hat. Durch Ultra- schallbehandlung unter Athylalkohol losen sich diese Oxyd- schichten ab und eine stellenweise stark zerstorte Oberflache wird freigelegt (Abb. 4). Die Kreuze in Abb. 3 u. 4 bezeich- nen die gleiche Stelle vor und nach der Ultraschallreinigung.

Abb. 3. korrosion). Abb. 4.

Reibflache bei St 50 nach oszillierender Reibbewegung (Reib-

In Abb. 3 gezeigte Flache nach Ultraschallreinigung.

3.2. Reibbeanspruchung bei Benetzung durctl UI

1st WeiRol als Schmierstoff beteiligt, so bildet sich unter dem Einflun der Reibbeanspruchung eine feste, zusammen- hangende Schicht mit metallisch blankem Aussehen auf dem Untergrund aus. Die Abb. 5 zeigt sie nach Einwirken einer kontinuierlichen Reibbewegung. Deutlich hebt sich die

Schmierschicht (links) von der fur den Versuch vorbereite- ten, geschliffenen Flache (rechts unten) ab.

Die gleiche Schicht baut sich auf, wenn die Bewegung stan- dig die Richtung wechselt wie bei einer Reibschwingung. Der unstetigen Bewegung entsprechend sieht die entstan- dene Oberflache aus. In der Abb. 6 sind in einer solchen Reibflache in unregelmaniger Verteilung zahlreiche Ausbrii- che zu erkennen.

Abb. 5. Reibflache bei St 50 nach kontinuierlicher Reibbewegung und Benetzung rnit 01. (Rechts unten: Zustand der Flache vor der Reibbeansprucbung.) Abb. 6. Reibflache bei St 50 nach oszillierender Reibbewegung und Benetzung rnit WeiRol.

4. Bedeutung der anfanglichen Oberflachenrauheit

Dan die anfangliche Beschaffenheit der Reibflachen gerin- gen EinfluB auf einen Reibvorgang bei ungeschmierten Fla- chen hat, konnten Heinemann und Schultze [5] durch Versu- che nachweisen. Hat ein Verschleihorgang erst einmal ein- gesetzt, ist der ursprungliche Zustand rasch beseitigt, und die fur die neu entstandenen Oberflachen geltenden Reibge- setze werden wirksam. Dies kann sehr gut gezeigt werden, wenn fur die Verschleihersuche die Reibflachen vor dcm Versuch ein ubertrieben rauhes Oberflachenprofil aufwei- sen. In Abb. 7 sieht man links unten die derart vorbereitete, rauhe Flache. Deutlich hebt sich davon die durch Reib- schwingungen veranderte Kontaktflache ab. Kennzeich- nend ist eine starke Materialabtragung.

Abb. 7. Materialabtrag durch Reibkorrosion (rechts oben) auf einer anfangs sehr rauhen Ober- flache (links unten).

Nicht geklart ist bisher der Einflun der Oberflachenrauheit auf den Verschleil3, wenn Schmierstoffe eingesetzt werden. Campbell [6] vermutet nur, daB rauhe Oberflachen bei Be- netzung durch Schmierstoffe weniger VerschleiB zulassen als glatte. Fur diese Vermutung gibt Calhotln [7] die Bestati- gung durch die erzielten Versuchsergebnisse mit Schmier- fetten. Dagegen weisen Twiss, Lewis u. Teagtle [8] (schon mit Hilfe der Elektronenmikroskopie) nach, daB glatte Reibfla-

2. f . W e r k r t o f f t e c h n i k I ] . of Mater ia ls Technology 3. J a h r g . 1972 I Nr. 3 135

chen bei Einsatz von Mineral01 weniger angegriffen werden als rauhe. Dieses Ergebnis wurde aus Versuchen rnit konti- nuierlicher Reibbewegung gewonnen. Ein Hinweis auf die Mitwirkung von WeiBo1 beim Verschleinvorgang durch Reibschwingungen kann aus der Abb. 8 entnommen wer- den. Hier ist wieder im unteren Bereich des Bildes eine sehr rauhe Oberflache zu erkennen. Im oberen Bildteil ist die Veranderung durch Reibschwingungen wiedergegeben. Die Vertiefungen und die Vorsprunge der rauhen Flache sind hier durch eine Schicht abgedeckt. Auch bei geschmierten Flachen scheint die ursprungliche Oberflachengute nicht entscheidend fur den Ablauf des VerschleiBvorgangs zu sein, da auch hier wie bei Fehlen des Schmierstoffs neu ge- bildete Oberflachen den Reibvorgang bestimmen.

Abb. 8. Durch Reibschwin- gungen bei Benetzung mit WeiR- 61 gebildete Schicht (oben) auf einer anfangs sehr rauhen Ober- flache (unten).

5. Reibflachenangriff bei Kohlenstoffstahl und bei korrosionsbestandigem Stahl

Ein Vergleich zwischen einem Kohlenstoffstahl (St 50) und einem korrosionsbestandigen Stahl (X10 NiCrTil8 9) fiihrt zu Widerspruchen, wenn man die erzielten Ergebnisse allein betrachtet. Obwohl diese beiden Stahle unterschiedliches Korrosionsverhalten zeigen, erweisen sich die durch Rei- bung beanspruchten Oberflachen in hoher VergroOerung als sehr ahnlich. Das entspricht dann unserer Erwartung, wenn der Reibangriff durch lrontinuierliche Reibbewegung hervorgerufen worden war; denn fur diese Form des An- griffs sind bisher keine auffalligen Unterschiede im Ver- schleiBverhalten festgestellt worden. Dagegen hat sich aber gezeigt, dan der korrosionsbestandige Stahl gegenuber dem Angriff durch Reibschwingungen den geringeren Wider- stand entgegensetzt. Wenn man annimmt, dan die korro- sionshemmende Wirkung des 10CrNiTil89 auf einer dun- nen, schutzenden Oxidschicht beruht, wie es Gerischer [9] diskutiert hat, d a m la& sich der hohere Werkstoffabtrag durch Reibschwingungen im Vergleich rnit dem St50 erkla- ren. Durch das wiederholte Einwirken der Reibschwingung wird die gebildete Schutzschicht immer wieder aufgerissen und die dann ungeschutzte Oberflache dem Korrosionsan- griff ausgesetzt. In dem Fall besteht kein grundsatzlicher Unterschied mehr zwischen den beiden Stahlsorten. Es uberrascht daher nicht, dan die durch Reibkorrosion ange- griffenen Oberflachen bei 10CrNiTil89 und bei St50 sich in der Vergronerung ebensowenig unterscheiden wie nach kontinuierlicher Reibbewegung.

6. Reibflachenveranderung durch Schmierstoffrusatze

Bei Reibvorgangen rnit partiellem Werkstoffkontakt haben die eingesetzten Schmierstoffe die Aufgaben, den Prozen in

gunstiger Form zu verandern. Das bedeutet meist Herabset- zung der Reibungszahl und Verringerung des Abriebs, und nur in wenigen Fallen erwartet man vom Schmierstoff neben der Reibungsminderung in gewissen Grenzen eine Erho- hung des Abriebs zur Glattung von Reibflachen. Den Schmierstoffen schreibt man beim Reibvorgang die Tren- nung der reibenden Werkstoffe zu, die entweder durch ad- sorptive Anlagerung an die Grenzflachen oder durch chemi- sche Reaktion rnit dem Grundmaterial und Bildung einer Zwischenschicht erreicht wird. Eine solche Scbicht war schon in der Abb. 5 gezeigt worden. Eine mechanische Be- anspruchung ist Voraussetzung zur Bildung einer solchen Schicht. Bei Fehlen des Werkstoffkontakts, aber bei Anwe- senheit des Oles, liegt die Oberflache im ursprunglichen Zu- stand vor (Abb. 5, rechts unten). Diese Zusammenhange hat Ftrrey [lo] durch markierte Schmierstoffzusatze im Verbren- nungsmotor sehr gut aufzeigen konnen. Nur an den reibbe- anspruchten Stellen des Motors (Nocken, VentilstoRel), fan- den sich die markierten Bestandteile des Oles wieder, nicht jedoch an den lediglich benetzten Reibflachen (Pleuel, Hauptlager). Nun haben sich aus Versuchsergebnissen und aus der Bewahrung in der Praxis fur Reibvorgange mit par- tiellem WerkstoAkontakt auch Schmierstoffe oder Schmier- stoffzusatze finden lassen, die bei bestimmten Anwendungs- fdlen besonders wirksam sind. Wenn sich aber Reibungs- zahlen und Verschleinraten mit der Wahl von Schmierstoffen entscheidend beeinflussen lassen, so sollte man annehmen, daR sich die Anderung dieser GroBen auch im Aussehen von Reibflachen niederschlagt. Es ist versucht worden, diese Annahme an elektronenmikros kopischen Aufnahmen nach- zuprufen. Dazu wurden Reibflachen miteinander ver- glichen, die nach Benetzung mit WeiBo1, WeiBo1 + 2 yo Larnrinsatrre und Trikreglphosphat durch Reibung verandert worden sind. Laurinsaure und Trikresylphosphat gelten als Schmierstoffzusatze rnit reihungs- und verschleinmindern- den Eigenschaften.

Die Reibflachenaufnahmen deuten darauf hin, daB die beim WeiBol entstandene Schicht nicht so fest mit dem Grund- werkstoff Stahl verhaftet ist (Abb. 9), als wenn die genann- ten Zusatze Laurinsaure (Abb. 10) und Trikresylphosphat (Abb. 11) am Reibvorgang beteiligt waren. Der in den Abb. 9, 10 und 1 2 gezeigte Reibangriff ist durch Einwirken einer kontinuierlichen Bewegung entstanden. Bei der Reib- schwingung wird durch die Zugabe von Laurinsaure zum Weinol keine erkennbare Anderung im Reibangriff hervor- gerufen, obwohl dabei der Werkstoffabtrag hoher liegt. Eine

Abb. 9. Stahlflache). Abb. 10. satz (unten geschliffene Flache).

Zur Haftung der Reibschicht bei WeiBol (unten geschliffene

Zur Haftung der Reibschicht bei WeiBol rnit Laurinsaurezu-

136 2. f . Werkstofftechnik I J . o f Materials Technology 3 . Jahrg. 1972 I NY. 3

Abb. 11. Ubergang von geschliffener Stahlflache (rechts) zur Reibspur nach Benetzung rnit Trikresylphosphat (links).

durch die Reibschwingung geforderte chemische Umset- zung zwischen der Fettsaure und dem Grundwerkstoff lien sich rnit dem REM nicht nachweisen.

Uber die Wirkungsweise der Schmierstoffzusatze auf Phos- phatbasis, die dem Reibflachenangriff entgegenwirken sollen, ist schon haufig diskutiert worden. Beeck, Givens u. Williams [ l l ] vertraten die Auffassung, daB der Phosphor des Schmier- stoffs rnit dem Eisen ein Eisenphosphid bildet, dessen Mi- schung rnit dem Eisen im eutektischen Verhaltnis einen niedrigen Schmelzpunkt besitzt. Durch Abschmelzen dieses Eutektikums wird die Reibflache geglattet, ahnlich dem che- mischen Polieren, und die Schmierung wird verbessert. Farty [12] und Gooj5-q [13] wiesen nach, daB die Wirksamkeit der Phosphatzusatze auf der Bildung einer schutzenden Phos- phatschicht beruht.

Nach Vergleich des Angriffs auf Stahlflachen nach Atzung durch Phosphorsaure und Reibbeanspruchung unter Anwe- senheit von Weif301 mit dem Angriff, der ohne Atzung nur mit Trikresylphosphat als Schmierstoff verursacht worden ist, wird auch hier dem Wirkungsmechanismus auf der Grundlage der Phosphatbildung der Vorzug gegeben.

Abb. 12. Stahloberflache nach 24stundiger h u n g mit ver- dunnter Phosphorsaure.

Die Abb. 12 zeigt eine Phosphatschicht, die durch 24stun- dige Atzung n:it verdunnter Phosphatsaure entstanden ist. Nach Beanspruchung dieser porigen Oberflache durch Reibschwingungen bei zusatzlicher Verwendung von WeiBol hat sich das Aussehen stark verandert (Abb. 13). Eine Schicht hat sich gebildet, in der nur vereinzelt Hin- wcise auf die Reibrichtung zu finden sind und die auch keine Ahnlichkeit rnit den Flachen nach Angriff durch Reibkorro- sion unter hlitwirkung von WeiBol allein oder mit Laurin- saure besitzt. Vergleicht man diese Schicht aber mit dem Resultat, das nach derselben Reibbeanspruchung bei Ver- sorgung der Reibstelle mit Trikresylphosphat, aber ohne vorherige Atzung, erzielt wurde (Abb. 14), so uberrascht die Ahnlichkeit. Da bekannt ist, daB sich bei Einwirkung von Phosphorsaure auf Stahl Eisenphosphat bildet, u. a. durch

Abb. 13. schwingungen (Reibkorrosion) bei Olbenetzung. Abb. 14. bei Benetzung rnit Trikresylphosphat.

Durch Phosphorsaure geatzte Stahloberflache nach Reib-

Stahloberflache nach Reibschwingungen (Reibkorrosion)

Neabaas [14] eingehend untersucht, kann hier aus der Ahn- lichkeit der beiden auf verschiedene Arten entstandenen Fk- chenstrukturen geschlossen werden, daf3 auch bei dem ver- wendeten Schmierstoffzusatz Trikresylphosphat bei Reibbe- anspruchung eine Phosphatschicht gebildet wird.

Sicherlich spielt der schwammartige Charakter der Phos- phatschicht (Abb. 12) eine wesentliche Rolle als Schmier- stoffreservoir, so daB die gunstigen Eigenschaften der Phos- phatschicht beim Reibvorgang nicht nur im Schutz des Werkstoffs, sondern auch in der guten Schmierstoffversor- gung der Reibstellen liegen.

7. Zusammenfassung der Ergebnisse

Die Untersuchungen von Reibflachen bei dem Werkstoff Stahl unter Benutzung des Raster-Elektronenstrahl-Mikro- skopes haben folgende Erkenntnisse gebracht oder schon bekannte Ergebnisse bestatigt :

7.1.

7.2.

7.3.

7.4.

Durch kontinuierliche Reibbewegungen werden Ober- flachen erzeugt, die mit denen nach spanender Bearbei- tung vergleichbar sind. Bei Anwesenheit von fliissigen Schmierstoffen bilden sich im Gegensatz zur Reibung ohne Schmierstoff Reibschichten aus, deren Zusam- mensetzung rnit den Moglichkeiten des Raster-Mikro- skops nicht ermittelt werden konnte.

Bei Reibschwingungen werden ohne Schmierstoffein- satz Oxidschichten gebildet, die nicht fest auf dem Un- tergrund haften und z. B. durch Ultraschallbehandlung entfernt werden konnen. Dagegen entstehen bei Ein- satz von Olen wie bei der kontinuierlichen Reibung Schichten auf der Stahloberflache, die aber haufig un- terbrochen sind und nicht mit Ultraschall ablosbar sind.

Der Oberflachenzustand zu Beginn der Reibbeanspru- chung hat auf den Werkstoffangriff kaum EinfluR, da nach kurzer Zeit in der Reibzone ein vollstandig gean- dertes Oberflachenprofil mit eigenen Abriebgesetzen vorhanden ist.

Anhand von bewuRt uberhohten Oberflachenrauheiten konnte nachgewiesen werden, daB bei der Reibung mit 01 als Schmierstoff die Furchen und Erhebungen von einer Schicht abgedeckt werden, wahrend bei Fehlen des Schmierstoffs ein starker Materialabtrag zu erken- nen ist.

2. f . Werkstofftechnikl I . of Materials Technology 3. jahrg. 19721 N r . 3 137

7.5.

7.6.

Das

Der Vergleich von mikroskopischen Reibflachenauf- nahmen bei Kohlenstoffstahl und bei korrosionsbestan- digem Stahl ergab keine nennenswerten Unterschiede, obwohl bei dem Angriff durch Reibschwingungen der korrosionsbestandige Stahl entgegen der Annahme den hoheren Abrieb aufweist.

Zusatze zum 0 1 zur Verbesserung der VerschleiBeigen- schaften bilden im Gegensatz zum unvermischten 01 Schichten, die fester auf dem Untergrund haften. Be- sonders um die haufig verwendeten phosphathaltigen Zusatze und deren Wirkungsweise herrscht keine ein- hellige Meinung. Durch Vergleich der Reibflache bei Verwendung von Trikresylphosphat mit einer Oberfla- che, die vor dem Versuchsablauf mit Phosphorsaure ge- atzt und dann der Reibbeanspruchung mit (ilbenet- zung ausgesetzt worden war, konnte aus der Ahnlich- keit der Reibschichten bestatigt werden, daB eine Phos- phatschicht und keine Phosphidschicht gebildet wird.

fur diese Untersuchuna verwendete Raster-Elektronenstrahl-

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Y

Mikroskop vom Typ Stcreoscun wurde dem Institut fur Erdolforschung von der Stiftung Volkswagenwerk zur Verfiigung gestellt. Es sei ihr an dieser Stelle dafur gedankt.

Anschrift: Dip1.-Ing. Klaus Muller, Institut fur Erdolforschung, 3 Hannover, Am kleinen Felde 30

Manuskript-Eingang am 8. Juni 1971 [T 821

Der Einflul3 von mechanischen und chemischen Vorbeanspruchungen auf das Formanderungsver- halten unlegierter Kohlenstoffstahle im Schlag- zugversuch

K. G. Schmitt-Thomas und L. Hagn

Mitteilung aus dem lnstitut fur Metallurgie und Metallkunde an der Technlschen Universitat Munchen und der Allianz-Zentrum fur Technik GmbH, lsmaning

Durch Beizen der Proben, durch Vorrecken im statischen Zugver- such sowie durch umlaufende Biegebeanspruchung in Luft und Schwefelwasserstoff wird das Verformungsverhalten der unter- suchten Kohlenstoffstahle im Schlagzugversuch beeinflujt. Die Veranderungen stellen sich in den aufgenommenen Kraft-Zeii- Kurven dar. Irn besonderen nimmt die Zeit bis zurn Erreichen der Streckgrenze und die Vorstreckgrenzen-Verformungsarbeit zu. Eine Verzogerung des Streckgrenzeneffektes (Flieflverzogerung) tritt somit nicht ausschliejlich durch Erhohung der Beanspru- chungsgesci~windigkeit ein, sondern bei konstant gehaltener Ver- suchsgeschwindigkeit auch infolge unterschiedlicher Vorbeanspru- chungen, die ebenfalls die Versetzungsstruktur im Werks to f f ver- andern.

Mechanical and chemical prestressing influences the deforma- tion-behaviour of low carbon steels in impact-tensile-tests. Specimens of two dif ferently, cold worked low carbon steels have been treated zn pickling bath, by cold straining and in rotating bar fatigue tests in air and sulphured hydrogen. The effect of prestressing on the deformation behaviour will be re- vealed b y instrumented impact-tension tests. True yepresentation of the electronic measuring equipment allows to examine the dejorm- ation mechanism tn pre macro-yield region (delayed yield phen- omenon).An interpretation of the material behaviour is given with reference t o dislocation theory.

gesetzt. Die fur die Auslegung der Konstruktionselemente dabei anzusetzende Dauerschwingfestigkeit laBt sich mit ausreichender Sicherheit nur aus Versuchsreihen ermitteln, die bei unterschiedlichen Belastungshohen zugeordnete Last-

1. Einleitung

Technische Werkstoffe werden im praktischen Einsatz in den weitaus meisten Fallen Wechselbeanspruchungen aus-

138 2. f . Werkstofftechnik t i . of Mater ia ls Technology 3. Jahug. 1972 I Nr.3