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The Divergent Pathways and Mechanisms of Energy Dissipation at the Interfaces of Martensitic Tribocouples

Stemmer, Priska

The requirements for technical systems subjected to friction and wear become more demanding, therefore the components are exposed to increasing stresses. Besides possible safety matters, failure of tribologically loaded systems cause tremendous maintenance costs. Due to the lack of reliable wear prediction models, tribometer tests are used in order to investigate wear behavior of materials and lubrication conditions. For well-aimed optimizations of tribological contacts a comprehensive understanding of wear processes is necessary. However, the transferability of many studies into technical applications is arguable due to applied loads, lubrication conditions and material selection. In this study specimens with different topographies and subsurface structures were investigated prior to and after tribological testing. The tests have been carried out under application related conditions regarding material properties, lubrication and loading conditions. The analyses of surface and subsurface characteristics were performed using complementary microscopy techniques, such as EBSD and TEM. Findings from microscopic analyses were linked to the frictional and wear behavior in order to gain information about energy dissipation and dissipative mechanisms within the respective system. The presence of a grain-refined layer appears to have a beneficial influence on the adaptation of the counterfaces and enhances the robustness of the tribosystems. In addition wear debris was analyzed and different mechanisms of particle generation were discussed.

Steigende Anforderungen an technische Systeme, welche Reibung und Verschleiß ausgesetzt sind, führen dazu, dass die eingesetzten Bauteile höheren Belastungen ausgesetzt sind. Abgesehen von möglichen Sicherheitsrisiken, führen Ausfälle tribologischer Systeme zu erheblichen Instandhaltungskosten. Das Fehlen zuverlässiger Modelle zur Vorhersage des Verschleißverhaltens bedingt den Einsatzt von Tribometerversuchen um das Verschleißverhalten von Werkstoffen und die Schmierungsbedingungen zu untersuchen. Dabei setzt die gezielte Optimierung tribologischer Kontakte ein umfangreiches Verständnis der Verschleißprozesse voraus. Die Wahl der verwendeten Belastungen, Schmierungszustände und Werkstoffe vieler tribologischer Versuche führte jedoch dazu dass die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf technische Anwendungen kaum geben ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Proben mit unterschiedlichen Oberflächentopographien und oberflächennahen Gefügestrukturen vor und nach tribologischen Versuchen analysiert. Die Verschleißversuche sind bezüglich der Werkstoffeigenschaften, sowie der Schmierungs- und Belastungszustände unter anwendungsnahen Bedingungen durchgeführt worden. Die Analyse der Oberflächen und oberflächennahen Bereiche wurde mit Hilfe komplementärer mikroskopischer Methoden, wie EBSD und TEM, durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden anschließend mit dem Reibungs- und Verschleißverhalten korreliert um Informationen über Energiedissipation und dissipative Mechanismen in den jeweiligen Tribosystemen zu erlangen. Dabei zeigte sich, dass das Vorhandensein eines feinkörnigen Bereichs an der Oberfläche einen positiven Effekt auf die Anpassungsfähigkeit der Kontaktflächen und die Robustheit des Tribosystems zu haben scheint. Zusätzlich wurden Verschleißpartikel analysiert und verschiedene Mechanismen der Partikelentstehung diskutiert.

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Stemmer, Priska: The Divergent Pathways and Mechanisms of Energy Dissipation at the Interfaces of Martensitic Tribocouples. 2016.

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