Über adiabatic shearbands und die Entstehung der „Steilen Weißen Bänder”︁ in Wälzlagern

Abstract

Bei der Ü berrollung von Wälzelementen entstehen nach überela-stischen Beanspruchungen unter der Laufbahnoberfläche strukturelle Veränderungen. Mikro-und makroplastische Verformungen des Gefüges infolge der dreiachsigen Beanspruchung begleiten den Wälzermüdungsprozess vom ersten Lastwechsel an. Sie bestimmen die Lebensdauer des Wälzelements.Man beobachtet neben den plastischen Verformungen des Gefü-ges des Weiteren die sog. "butterflies" und die sog. flachen und steilen "Weißen Bänder". Diese Gefüge sind nicht anätzbar. Die weißen Bänder entstehen bei Kugellagern erst nach einer größeren Anzahl von Ü berrollungen und liegen im Umfangsschnitt unter % 30 bzw. % 80 zur Kontaktfläche. Die butterflies und die weißen Bän-der entstehen offenbar infolge einer zweiachsigen Werkstoffbeanspruchung. Ein Einfluss auf die Lebensdauer ist nicht erwiesen. Struktur und Entstehungsmechanismus sind strittig.Es gibt Gefügeerscheinungen, die den butterflies und den weißen Bändern ähnlich sind, die sog. adiabatic shearbands. Diese entstehen nach einer lokalen Makro-Scherung des Gefüges, ausgelöst durch eine einmalige, extrem kurzzeitige Druck-Scher-Beanspruchung. Blitztemperaturen nahe dem Schmelzpunkt verursachen im Scherbereich bei martensitisch gehärteten Werkstoffen die Bildung von Neuhärtungszonen; auch diese Gefüge sind nicht anätz-bar.Der vorliegende Aufsatz beschäftigt sich mit der Frage, ob wäh-rend des stetig und langzeitig ablaufenden Prozesses der plastischen Verformungen eine Beanspruchungskonstellation entsteht, die die adiabatische Bildung von butterflies und von weißen Bändern ermöglicht. Berücksichtigt man jüngste Erkenntnisse zur Wälzermü-dung sowie zur Werkstoffbeanspruchung durch eine EHD-Strö-mung, dann darf man zumindest die "Steilen Weißen Bänder" als adiabatic shearbands ansehen.Schlüsselworte: Wälzlager, adiabatic shearbands, butterflies, weiße Bänder During the rolling motion of roller components structural changes are generated by over-elastic distressing below the bearing face. Micro-and macro-plastic distortions of the microstructure due to the three-axial distressing accompany the process of rolling contact fatigue with the start from the first load cycle. They determine the life-duration of the roller component.Further structural changes in ball bearings besides the plastic deformations are the so called "butterflies" and the so called low-and high-angle "white bands". The "white bands" you only can detect later, after an extended number of rolling actions. They are inclined to average circumferential angles at % 30 respectively % 80 . Butterflies and white bands develop obviously due to a two-axial material stressing. An influence on the life duration is not proved. The structure and the mechanism of their generation are under discussion.There exist phenomena of the microstructure which are similar to the white bands, the so called adiabatic shear bands. These generate after a local macro-shear process of the microstructure, caused by a single, rapid shock-shear stressing. Flash-temperatures near the me...

Elucidating white-etching matter through high-strain rate tensile testing

“…[10][11][12][13] In the case of large bearings used in wind turbine gearboxes, white-etching cracks and butterflies can lead to their premature failure through a mechanism called white-structure flaking; the subject has been reviewed extensively. 5,[13][14][15][16] One mechanism that has been suggested for the formation of the WEM is adiabatic shear, 17 which occurs when strain rates associated with localised plasticity in steels exceed about 10 2 s −1 . 18 The mechanism requires that deformation is first initiated locally (for example, at inclusions), but the high-strain rate leads to the generation of heat that cannot be dissipated fast enough into the surroundings.…”

“…[19][20][21][22][23][24] This idea has been applied to a common bearing steel where WEM was observed in the microstructure following high-strain rate compression tests, leading to the conclusion that the high-angle white-etching bands, and possibly white-etching butterfly wings, that are observed in bearings are the result of adiabatic shear localisation. 17 However, an alternative interpretation is that the uniaxial compression causes the formation of cracks, and the crack faces then rub together under the influence of the compressive stress to form the WEM. In this interpretation, the damage by cracking must occur first, as has been demonstrated in rolling-contact experiments on bearing steels.…”

“…One mechanism that has been suggested for the formation of the WEM is adiabatic shear, 17 which occurs when strain rates associated with localised plasticity in steels exceed about 10 2 s −1 . 18 The mechanism requires that deformation is first initiated locally (for example, at inclusions), but the high-strain rate leads to the generation of heat that cannot be dissipated fast enough into the surroundings.…”

“…19–24 This idea has been applied to a common bearing steel where WEM was observed in the microstructure following high-strain rate compression tests, leading to the conclusion that the high-angle white-etching bands, and possibly white-etching butterfly wings, that are observed in bearings are the result of adiabatic shear localisation. 17…”