Durch die Gleitbewegung zweier Metallteile entsteht Verschleiß, der als „Metallabnutzung„Es muss jedoch nicht über einen längeren Zeitraum eine kontinuierliche Gleitbewegung zwischen den Oberflächen stattfinden, selbst ein einziger falsch ausgerichteter Kontakt kann zum Fressen führen. Der Fressdefekt verursacht die unerwünschte Haftung zwischen den Metallteilen, was die Fehlerquote erhöht und kostspielige Wartung erfordert.
Um ein Festfressen zu verhindern, ist es wichtig zu verstehen, was Festfressen in Metall ist, welche Ursachen es hat und welche Strategien es dagegen gibt. Lesen Sie weiter, dieser Artikel enthält alle diese Ausführungen.
Was ist Metallfressen? Definition und Phänomene
Was ist Fressen bei Metall? Es ist gekennzeichnet durch adhäsiven Verschleiß zwischen den Metalloberflächen aufgrund von Reibung unter hohem Druck. Der übermäßige Reibungsdruck überträgt das Material von einer Gleitfläche auf eine andere, was zu Verschleiß und Adhäsion führt. Sie können den Fressbereich anhand sichtbarer Schäden auf der Oberfläche des Teils identifizieren, die typischerweise rau, erhaben oder zerrissen sind. Kratzer, Materialabnutzung oder Vorsprünge können also auf diesen Defekt hinweisen.
Festfressender Mechanismus/ Mit freundlicher Genehmigung: Researchgate
Metallreibung ist ein mikroskopisches Phänomen, das mit lokaler plastischer Verformung an stark beanspruchten Kontaktpunkten der Oberfläche einhergeht. Wenn die Oxidschichten auf den Metalloberflächen abgetragen werden, kommen die blanken Metallmoleküle in direkten Kontakt. Sie bilden metallurgische Bindungen, die bei geringfügiger Materialübertragung oder Kaltverschweißung helfen, was zu erhabenen Klumpen (sogenannten Reibstellen) führt. Diese Reibstellen erhöhen die Reibung bei fortgesetzter Gleitbewegung noch weiter.
Adhäsionsverschleiß am Lager
Darüber hinaus ist das Abriebverhalten bei allen Metallen und Legierungen, insbesondere bei Blechteilen wie sie mit Aluminium-Stanzverfahren oder anderen Blechumformteilen. Es ist auch bei Verbindungselementen, Hydraulikkomponenten, Lagern usw. zu beobachten.
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Metallverschleiß vs. Abrasionsverschleiß vs. Korrosionsverschleiß
Um das Abriebverhalten von Metallen besser zu verstehen, vergleichen wir es mit zwei anderen Verschleißarten: Abrasiver Verschleiß und Korrosionsverschleiß. Alle diese Verschleißarten unterscheiden sich aufgrund ihrer Ursachen und Entstehungsmechanismen.
Abrieb
In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Unterschiede kurz zusammengefasst:
| Aspekt | Metallabnutzung | Abrasiver Verschleiß | Korrosionsverschleiß |
| Verursachen | Adhäsiver Verschleiß durch Metall-Metall-Kontakt unter Belastung. | Harte Partikel zerkratzen oder erodieren die Oberfläche. | Chemische Reaktionen zersetzen das Material. |
| Effekte | Oberflächenrisse und Kaltverschweißungen | Rillen, Kratzer oder Oberflächenerosion. | Rostbildung, Lochfraß oder gleichmäßiger Materialverlust. |
| Erkrankungen | Hoher Druck, Rutschen und unzureichende Schmierung. | Vorhandensein von Schmutz oder Schleifpartikeln. | Einwirkung von Feuchtigkeit, Salzen oder Chemikalien. |
| Prävention | Schmiermittel, ungleiche Metalle oder Oberflächenbeschichtungen. | Härtere Materialien, verschleißfeste Beschichtungen. | Korrosionsbeständige Legierungen, Schutzfilme. |
| Betroffene Anwendungen | Lager, Gewinde und Hydraulikkomponenten. | Werkzeuge, Förderbänder und Schleifsysteme. | Meeresstrukturen, Rohrleitungen und Außenausrüstung. |
Was sind die Ursachen für Metallfressungen?
Der Hauptgrund für das Fressen von Metall ist die Reibung zwischen zwei oder mehr Metallteilen, die sich berühren, typischerweise die erhöhte Reibungskraft unter hohem Druck. Die Reibung kann jedoch auch mehrere voneinander unabhängige Ursachen haben, die alle zum Fressen von Metalloberflächen führen. Dazu gehören die Kompatibilität der Materialpaarung, mangelnde Schmierung, übermäßige Belastung der Gleitteile, Oberflächenrauheit usw.
Lassen Sie uns kurz einige Hauptursachen besprechen.
Material Zusammensetzung: Das Gleiten ähnlicher Materialien mit denselben metallurgischen Eigenschaften erzeugt Wärme und erweicht das Material für eine mikroskopische Übertragung von einer Oberfläche auf eine andere. Diese Übertragung wird also am zweiten Teil verschweißt und führt zu Materialverschleiß.
Mangelnde Schmierung: Durch die fehlende Schmierung zwischen rotierenden oder gleitenden Oberflächen verstärkt sich der direkte Kontakt zwischen Materialmolekülen, was die lokale Erhitzung verstärkt und zum Festfressen führt.
Übermäßiger Stress: Die hohen Belastungen bzw. Kontaktdrücke führen zu einer stärkeren Wechselwirkung zwischen den Oberflächen und erhöhen die lokale Spannung. Dies begünstigt das Festfressen, insbesondere bei Befestigungselementen.
Oberflächenqualität: Durch die raue Oberflächenbeschaffenheit entstehen mehr Kontaktpunkte, an denen zwei oder mehr Teile gleiten oder sich bewegen, was zu erhöhter Reibung und somit zum Fressen führt.
Thermische Effekte: Erhöhte oder schwankende Temperaturen sind eine weitere Ursache. Sie beschleunigen den Schmierstoffabbau, die Verformung und das Anhaften
Umweltursachen: Die Korrosion auf den Oberflächen der Teile und der Betrieb in abrasiven Umgebungen führen zu Reibung und Verschleiß.
Diese Ursachen bedeuten, dass die Gesamtqualität der hergestellten Teile und Montageüberlegungen das Fressen von Metallteilen beeinflussen. Einige Ursachen hängen mit der Handhabung und dem Betrieb zusammen.
Wie lässt sich Festfressen verhindern? Sechs praktische Strategien
Gesprühte Verbindungselemente
Nachdem wir nun verstanden haben, was Metallfresserei ist und welche Ursachen sie hat, wenden wir uns nun den Maßnahmen oder Strategien zur Vorbeugung zu, von der richtigen Materialauswahl bis hin zu zusätzlichen Beschichtungen auf der Teileoberfläche.
- Vermeiden Sie ähnliche Materialien
Paarung ungleicher Metalle
Teile aus demselben Material beschleunigen den Materialtransfer und die Kaltbearbeitung, während unterschiedliche Materialien die besten Anti-Fress-Eigenschaften bieten. Überprüfen Sie daher die metallurgischen Eigenschaften von Gleitteilen und stellen Sie sicher, dass sie unterschiedliche Strukturen aufweisen. Beispielsweise kann die Verwendung eines Kupfer- und eines Messingteils die beste Lösung sein, anstatt eine ähnliche Zusammensetzung zu verwenden. Sie können die metallurgischen Unterschiede von lesen Messing vs. Kupfer hier. Folglich können Aluminium und Stahl ein weiteres kompatibles Paar sein.
- Schmierung zwischen Oberflächen
Schmieren des Gleitstücks einer Zahnstange
Sie können Schmiermittel mit Festfressen verhindernden Elementen wie Nickel und Molybdändisulfid verwenden. Schmiermittel bilden eine Barriere zwischen den Kontaktflächen und verringern die Reibung. Daher können feste Schmiermittel wie PTFE unter bestimmten Bedingungen eine bessere Leistung erbringen.
- Oberflächenbeschichtung auftragen
Eine der wirksamsten Strategien zur Vermeidung von Metallabrieb ist die Beschichtung der Oberflächen, die als physikalische Barriere wirkt und Wechselwirkungen reduziert. Um Reibung zu reduzieren, ist es außerdem wichtig, dass die Beschichtungsschicht eine glatte Oberfläche hat.
Anti-Fress-Beschichtung
Titannitrid, Zink und Phosphat sind einige Beispiele für Beschichtungsmaterialien gegen Abrieb, die aufgetragen werden können mit Galvanisieren oder chemisches Beschichten. Zusätzlich können Sie eine Gasphasenabscheidung mit AlCrN oder TiAlN durchführen, um das Risiko einer Anhaftung zu minimieren.
Wenn Sie mehr interessiert sind, lesen Sie Galvanisieren vs. Eloxieren, zwei Methoden, mit denen sich Metallverschleiß verhindern lässt.
- Kontrollieren Sie Last und Kontaktdruck
Ob Befestigungselemente, Lager oder Hydraulikkolben: Vermeiden Sie Überlastungen und hohe Kontaktdrücke. Darüber hinaus können übermäßige Vorspannungen auch die Reibung erhöhen. Um dies sicherzustellen, verwenden Sie kalibrierte Werkzeuge, denken Sie an Schmierung und digitale Steuerungssysteme.
- Berücksichtigen Sie externe Faktoren
Tragen Sie die erforderlichen Oberflächenbehandlungen auf und berücksichtigen Sie die Betriebsvariablen, wenn Sie Metallteile unter rauen Umgebungsbedingungen wie Meeresumgebungen, sauren, feuchten, heißen und abrasiven Umgebungen verwenden. Möglicherweise müssen Sie auch die Materialauswahl unter solchen Bedingungen berücksichtigen.
- Regelmäßige Wartung
Reinigen Sie regelmäßig Schmutz, Verunreinigungen und Korrosion. Tragen Sie anschließend erneut Schmiermittel auf. Dies gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb ohne Festfressen.
Welche Metalle sind anfällig für Kaltverschweißen?
Obwohl alle Arten von Metallen und Legierungen durch das Fressen gehen können, sind einige aufgrund ihrer günstigen metallurgischen Eigenschaften anfälliger. Die Metallteile mit hoher Duktilität und Formbarkeit sind wahrscheinlich von Fressen betroffen, wie Aluminium, rostfreier Stahlund austenitischer Stahl. Darüber hinaus kann Metall, das Oxidschichten entwickelt, auch das Risiko von Fressverschleiß erhöhen.
Aluminium-Festfressen
Aluminium ist ein relativ weiches Metall mit hoher Duktilität, daher neigt das Material dazu, sich leicht abzunutzen und auszuhärten. Besonders zwei bewegliche Komponenten aus Aluminium sind einem hohen Risiko ausgesetzt. Gewinde, Befestigungselemente und Türschieber sind einige Beispiele.
Kaltverschweißen beim Aluminiumstanzen
Um ein Festfressen des Aluminiums zu verhindern, reduzieren Sie den Druck und verwenden Sie Schmiermittel. Sie können auch Eloxieren oder andere Hartveredelungen anwenden.
Kaltverschweißen bei Edelstahl
Die austenitischen Edelstahlsorten sind im Vergleich zu anderen, wie 303, 304, 316 usw., anfälliger für Fressen. Der Grund dafür sind ihre Duktilität und ihre härtenden Eigenschaften. Das Fehlen einer zähen Oberfläche und die Bildung selbstpassivierender Oxidschichten tragen weiter zum Fressen bei.
Festfressen an Verbindungselementen aus Edelstahl
Um das Festfressen von Edelstahl zu verhindern, verwenden Sie unterschiedliche Güten wie 316 und 420, verwenden Sie PTFE-Oberflächenbeschichtungund verwenden Sie ein geeignetes Schmiermittel.
Titan-Festfressen
Aufgrund der hohen Belastbarkeit und der geringen Wärmeleitfähigkeit ist Titan anfälliger für Metallabrieb. Titansorten haben hohe Reibungskoeffizienten, die auch die Materialhaftung fördern.
Um ein Fressen des Titans zu verhindern, optimieren Sie das Design für eine geringe Spannungskonzentration, tragen Sie Beschichtungen wie TiN auf und schmieren Sie die Oberflächen.
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Summieren
Formbarkeit, Duktilität, Kaltverfestigung und Weichheit sind die wichtigsten Materialeigenschaften, die das Metall anfällig für Fressen machen. Oberflächenfraktion, hohe Spannung, Fehlausrichtung, hohe Temperaturen und andere Betriebsbedingungen sind die Hauptursachen dafür. Sie können jedoch geeignete Strategien zur Vorbeugung anwenden, z. B. Schmierung, Oberflächenbeschichtung und Vermeidung übermäßiger Spannung.
Insgesamt trägt die Optimierung der Werkstoffpaarung und Oberflächenbehandlung zur Bewältigung der Metallabnutzung. Bei ProlenTech können wir umfassende Dienstleistungen für die Oberflächenveredelung und Anti-Fress-Beschichtung anbieten, egal ob es sich um CNC-gefräste Schrauben oder Blechprodukte handelt. Darüber hinaus helfen Ihnen unsere Ingenieure und Branchenexperten bei der Materialauswahl und geeigneten Schmierlösungen.
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Häufig gestellte Fragen
Was ist Fressen bei Metallteilen?
Kaltverschweißen ist ein adhäsiver Verschleiß, der auftritt, wenn zwei Metalloberflächen unter Druck aneinander gleiten. Ursache ist eine mikroskopische Reibverschweißung des Materials an den Kontaktstellen.
Wie vermeidet man Metallabrieb zwischen Aluminiumteilen?
Eine entsprechende Schmierung, das Anodisieren mit glatter Oberfläche und das Schleifen von Aluminium mit Hartmetall für Gleitanwendungen tragen dazu bei, das Festfressen zwischen Aluminiumteilen zu vermeiden.
Bei welchen Anwendungen kommt es eher zu Metallabrieb?
Anwendungen im Zusammenhang mit Gleit-, Befestigungs- und Hochdruckkontakten sind anfällig für Abrieb. Einige Beispiele sind Bolzen, Muttern, Maschinenteile, Lager, Kolben und Schieber.
Was sind Schmiermittel gegen Festfressen?
PTFE, Molybdändisulfid, Festfressen verhindernde Verbindungen und Trockenfilmschmierstoffe sind einige Schmierstoffe gegen Festfressen. Ein gängiges Schmiermittel für Festfressen ist WD-40®.