Treff, N. (2021). Untersuchung des Einflusses von Lasertexturierung auf die tribologischen Eigenschaften von Hartmetallteilen in Honwerkzeugen [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2021.89306
E307 - Institut für Konstruktionswissenschaften und Produktentwicklung
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Date (published):
2021
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Number of Pages:
79
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Keywords:
Honen; Texturierung; Verschleiß
de
Honing; Texturing; Wear
en
Abstract:
Ausgangspunkt dieser Arbeit sind vorangegangene Untersuchungen zu oberflächenoptimierten Maschinenelementen, insbesondere laserstrukturierte Führungsleisten in Honwerkzeugen. Aufgrund der Tatsache, dass Führungsleisten aus besonders harten Werkstoffen bestehen, bietet die Lasertexturierung eine effiziente Möglichkeit spezifische Strukturen in der Oberfläche zu erzeugen, um die tribologische Performance der Führungsleisten zu verbessern. In dieser Arbeit werden die Auswirkungen von vier linienförmigen Lasertexturen auf Hartmetall-Oberflächen aus tribologischer Sicht untersucht. Geprüft werden parallellaufende Riefen und Kreuzschraffuren mit 90° und 45° zueinander. Die Texturen wurden durch Laserpulse im Pikosekundenbereich mit Hilfe der Direkten Laser-Interferenzstrukturierung (DLIP) erzeugt. Für die Versuche wird ein Schmierstoffprüfgerät nach Brugger so umgebaut, dass ein Linienkontakt zwischen dem WC-Co-Prüfling und dem rotierenden Ring aus Einsatzstahl (16MnCr5) besteht. Zusätzlich ist eine Messeinheit integriert, um die Reibung beim Gleitreibungsversuch aufzuzeichnen. Neben der Analyse des Reib- und Verschleißverhaltens wird im Zuge dieser Arbeit auch die Topografie der Strukturen vor und nach den Tests mit einem Laserscanning-Mikroskop vermessen und mit Rauheitsparametern beschrieben. Zusätzlich wird die Oberfläche mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskopie, Raman-Spektroskopie und Röntgendiffraktometrie analysiert. Die aufgezeichneten Messergebnisse der einzelnen Versuche zeigen eine Regelmäßigkeit untereinander auf. Somit liefert der Versuchsstand Daten auf Basis derer man das Reibverhalten der Prüflinge bestimmen kann. In Bezug auf Reibung zeigt sich, dass die Textur mit parallellaufenden Linien und senkrecht dazu laufender Gleitrichtung einen geringeren Reibwert gegenüber der polierten Referenzoberfläche erreicht. Gleichzeitig werden die Spitzen dieser Textur stärker abgetragen. Demgegenüber steht die Textur mit Kreuzschraffur von 90°, die höhere Reibung aufzeigt, deren Höcker aber weniger stark verschlissen sind. Die chemischen Oberflächenanalysen zeigen, dass sich Eisenoxidpartikel des Grundkörpers am Rand der Kontaktzone in den Laserstrukturen ansammeln, kaum aber in der Kontaktzone.
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The starting point of this thesis is preliminary investigation about optimization of machine elements regarding their surfaces, in particular the laser-textured guiding stones for honing processes. Due to the fact, that guiding stones are made of hard materials, laser surface texturing offers an efficient way to implement specific textures on surface in order to improve their tribological performance.In this work, the influence of four different laser textures on cemented carbide surfaces will be investigated from a tribological point of view. The textures are parallel line patterns and two cross patterns with induced angle of 90° and 45°. The textures have been produced by direct laser interference patterning (DLIP), using picosecond laser pulses. For the tribotests, a Brugger tribometer is modified in order to conduct a line-contact between the guiding stone (WC-Co) and the rotating ring (16MnCr5). In addition, a measuring unit is implemented to obtain the frictional force. Besides the friction and wear behaviour, also the topography of the surfaces is measured. Furthermore, chemical analyses by using SEM, Raman spectroscopy, and XRD are carried out.The frictional results of the individual tests show consistent behaviour, indicating that the modified Brugger tribometer provides reliable data for further analyses. Regarding friction, the line patterns with perpendicular sliding show a lower friction coefficient compared to the polished references; however, the same textures suffer more from wear. The cross pattern 90 ° shows a higher coefficient of friction, but its texture experiences less wear than the line pattern. The chemical analyses show that iron oxide particles accumulated mainly at the boundary of the wear tracks.
en
Additional information:
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers