Verschleiß

Im Allgemeinen nennt man Verschleiß auch Abnutzung und ist der immer währende Verlust an Material aus der Oberfläche eines kompakten Körpers. Die fortschreitende Abnutzung wird durch schleifen, rollen, schlagen, kratzen sowie durch chemische und thermische Beanspruchung verursacht.

Auch die Kombination aus Härte und Festigkeit eines Materials spielen beim Verschleiß eine große Rolle. Es reicht nicht, dass ein Werkstück besonders hart ist, um Verschleiß zu verhindern. Ist der Werkstoff sehr hart, ist er oft auch sehr spröde. Dies führt dazu, dass das Material schwer zu verformen ist. Enthält der Kern des Stahls also keine sinnvolle Zähigkeit, zerbricht der Werkstoff ab einem bestimmten Punkt. Ist das Material jedoch zu zäh, tritt der Verschleiß gerade an der Oberfläche schneller ein, als bei härteren Metallen. Ein gutes Verhältnis zwischen Härte an der Außenseite und Zähigkeit im Kern des Bleches ist also sehr wichtig auch im Bezug auf den Verschleiß.

Grundlegend gibt es verschiedene Verschleißarten und Verschleißformen. Diese unterscheiden sich durch die Mechanismen die den Verschleiß verursachen. Treten Kräfte durch Belastungen oder Reibungen auf, dann hat das Abrasion oder Oberflächenzerrüttung zur Folge. Finden stoffliche Veränderungen an der äußeren Hülle an einem Körper durch chemische Reaktionen statt, dann sind Adhäsion und Tribooxidation die wirkenden Mechanismen.

Verschleißmechanismen

Abrasion = Abschabung

Abrasion tritt immer dort auf, wo ein fester Körper mit schroffer Oberfläche auf einen weichen Gegenkörper trifft. Über Reibung, Stoß, Strömung oder rotierende Schwingungen werden kleine Teilchen in das weichere Material eingedrückt oder abgeschabt. Abrasion kann auch mittels einer Flüssigkeit hervorgerufen werden, welche raue, harte oder kantige Teilchen wie z.B. Sand mit sich führt. Durch die Fließbewegungen reiben mitgeführte Teilchen an dem Gegenkörper und schaben aus der Oberfläche Partikel heraus. Dies nennt man auch Hydroabrasion.

Adhäsion = Haftung

Verschleiß durch Adhäsion tritt nur bei Körpern auf, deren Zusammensetzung bezüglich der Struktur des Metalls sehr ähnlich ist. Bei durch Gleit- und Schwingbewegungen fest aufeinander gepresster Körper tritt in den Grenzflächen Abrieb auf. Es entstehen Löcher, Wölbungen oder Materialschuppen. Das abgeriebene Material verbindet sich miteinander und bleibt an der Oberfläche haften. Dies nennt man auch Kaltverschweißung. Mittels ausreichender Schmierung kann dieser Verschleiß verhindert bzw. minimiert werden.

Oberflächenzerrüttung

Unterstützt wird dieser Verschleißmechanismus durch Rollbewegungen, Stoßen, Schwingungen, Schleifen oder Strömen, welche in wechselnder Abfolge auftreten. Diese Bewegungen verursachen eine Ermüdung des Werkstoffes und damit den Zerfall der intakten Oberfläche. Es entstehen Grübchen, auch Pittings genannt, und kleine Risse, die sich durchaus erweitern und zum Bruch führen können. Auch hier verhindert eine ausreichende Schmierung den Verschleiß.

Tribochemische Reaktion – Tribooxidation

Durch das aneinander Gleiten, Schwingen oder Strömen zweier Körper kann es auf Grund chemischer Reaktionen an den Oberschichten zur Bildung von Oxidschichten führen. Die Verwendung von Edelmetallen, Kunststoffen oder Keramiken beeinflussen diese Verschleißmechanismus positiv.

Verschleißarten

Sie kennzeichnen die verursachende Form der Beanspruchung. Verschleißarten sind beispielsweise Gleitverschleiß, Stoßverschleiß, Prallverschleiß, Rollen- bzw. Wälzverschleiß, Strahlverschleiß, Schwingungsverschleiß und Erosion.

Prallverschleiß

Maschinenteile sind einem ständigen Aufschlagen von Materialien wie zum Beispiel Steinen, Kies, Schotter ausgesetzt. Diese Abnutzung nennt man Prallverschleiß. Zum Schutz dieser Bauteile werden Prallplatten angebracht, welche aus besonders verschleißfesten Stählen wie Hardox, Creusabro o.ä. hergestellt werden.

Gleitverschleiß

Bauteile reiben mittels gleitende Bewegungen aneinander. Diesen Gleitverschleiß findet man zum Beispiel in Motoren. Der Kolben reibt durch seine Bewegungen an dem Zylinder und verursacht hierbei die Abnutzung. Es kommt zur Verformung der Oberflächen und es entstehen so genannte Zungen. Auch kleinste Partikel können an der Oberfläche reiben, so dass es zu Rissen, Kratzern oder Abtragung von Material kommen kann.

Stoßverschleiß

Die aneinander stoßende Bewegungen von Bauteilen oder anstoßende Materialien auf ein Bauteil, wie dies beispielsweise bei Zerkleinerungsanlagen zu finden ist, entsteht Stoßverschleiß. Dabei werden die Oberflächen verformt, es kann zu Riss oder Materialabtragungen kommen.

Rollen- bzw. Wälzverschleiß

Walzen oder Rollen bewegen sich mit hoher Presskraft auf einem Körper. Es wirken Druckkräfte und Reibungskräfte auf die Werkstoffoberfläche, welche eine Oberflächenzerrüttung zur Folge haben. Es können Risse an der Oberfläche und auch im inneren des Werkstoffes entstehen, welche die Bildung von Grübchen begünstigt.