Fretting

Was ist Fretting?

Der Fretting-Test ist ein Test, bei dem wiederholte Gleitbewegungen im Mikrometerbereich zwischen zwei zusammengepressten Oberflächen angewendet werden, um die resultierende Oberflächenbeschädigung und den Verschleiß zu untersuchen. Es stellt den Reibverschleiß und die Reibkorrosion dar, die in Verbindungen unter Vibration auftreten.

Zweck von Fretting

Der Zweck besteht darin, das Schadensrisiko zu bewerten, das Mikrobewegungen an Vibrationen ausgesetzten Presssitz- und Verbindungsflächen verursachen, und die Auswahl von Material, Beschichtung und Schmiermittel zu unterstützen.

Bei welchen Produkten wird Fretting angewendet?

Elektrische Kontakte und Steckverbinder
Lager- und Zapfenoberflächen
Pressverbindungen
Befestigungselemente für Kraftfahrzeuge, die Vibrationen ausgesetzt sind
Fett- und Schmiermittelformulierungen

In welchen Branchen wird Fretting eingesetzt?

MetallStahlMaschinenIndustrieausrüstungKunststoffe

Normen zu Fretting

ASTM G204
ASTM D4170
ISO 22696

Prüfbedingungen für Fretting

Schlupfamplitude: Amplitude in der Größenordnung von Mikrometern, wie definiert (typischerweise 10–100 µm)
Frequenz: In der Spezifikation definierte Häufigkeit wiederholter Bewegungen
Normale Belastung: Konstante Belastung, die den Anpressdruck darstellt
Anzahl der Zyklen: In der Spezifikation definiert

Prüfgerät für Fretting

Fretting-Testmaschine
Hochauflösendes Weg- und Kraftmesssystem
Optisches Mikroskop und Profilometer
Kontaktwiderstandsmessanlage (für elektrische Kontakte)

Probenanforderungen für Fretting

Das Kontaktpaar muss die reale Anwendung repräsentieren
Oberflächenrauheit und Schichtdicke müssen erfasst werden
Bei elektrischen Kontakten muss der anfängliche Kontaktwiderstandswert gemessen werden
Im Allgemeinen mindestens drei Wiederholungen

Dauer von Fretting

Es kommt auf die Anzahl der Zyklen an. Tests mit Hunderttausenden Zyklen können mehrere Tage dauern.

Ablauf von Fretting

1Das Kontaktpaar wird vorbereitet und Anfangswerte gemessen.
2Es wird eine Normallast angelegt und die Amplitude eingestellt.
3Wiederholte Bewegungen werden mit der definierten Frequenz gestartet.
4Die Reibungskraft und bei Bedarf der Kontaktwiderstand werden kontinuierlich überwacht.
5Nach Abschluss der Zyklen werden die Oberflächen mit einem Mikroskop untersucht.
6Bewertet werden Verschleißspur, Oxidbildung und Schadensart.

Annahmekriterien für Fretting

Als Akzeptanzkriterium wird in der Spezifikation ein maximaler Anstieg des Kontaktwiderstands, eine maximale Verschleißtiefe oder das Fehlen von Schäden nach einer festgelegten Anzahl von Zyklen angegeben.

Auswertung der Ergebnisse

Schäden durch Reibverschleiß äußern sich im Allgemeinen durch die Ansammlung von Oxidablagerungen und eine lokale Oberflächenverschlechterung. Bei elektrischen Kontakten ist ein Anstieg des Kontaktwiderstands der primäre Indikator.

Prüfbericht zu Fretting

Standard angewendet
Amplitude, Frequenz, Belastung und Anzahl der Zyklen
Kontaktpaar- und Beschichtungsinformationen
Reibungs- und Kontaktwiderstandskurven, falls zutreffend
Bilder von Oberflächenschäden und Gleisprofil

Akkreditierung

EUROLAB verfügt über eine international anerkannte Akkreditierung, die von Akkreditierungsstellen erhalten wurde, die Vertragspartei der multilateralen Anerkennungsvereinbarungen IAF und ILAC sind, gemäß ISO/IEC 17025 für Labortests, ISO/IEC 17020 für Inspektion und Überwachung sowie ISO/IEC 17021-1 und ISO/IEC 17065 für System- und Produktzertifizierung. Diese Kette stellt sicher, dass die ausgestellten Berichte und Zertifikate weltweit akzeptiert werden.

Ob dieser Test im akkreditierten Rahmen angeboten werden kann, hängt von Ihrem Produkt und der angewandten Norm ab; Da die Akkreditierung methodenbasiert erfolgt, wird der Umfang bereits im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

Geltungsbereich und Berechtigungen

Mekanik Testler — Was umfasst dieser Prüfbereich?

Der folgende Abschnitt beschreibt das Gebiet, zu dem der Test Fretting gehört; die Bedingungen und Abnahmekriterien dieses konkreten Tests stehen in den obigen Abschnitten. Der für Ihr Produkt spezifische Umfang wird schriftlich im Angebotsstadium festgelegt.

Mechanische Prüfungen messen, wie sich ein Werkstoff oder ein Bauteil unter Krafteinwirkung verhält. Die Familie reicht von statischer Belastung (Zug, Druck, Biegung) über zeitabhängiges Verhalten (Ermüdung, Kriechen) bis zu Härte und Verschleiß sowie Bruchzähigkeit.

Das gemeinsame Merkmal dieser Prüfungen ist, dass das Ergebnis als WERKSTOFFEIGENSCHAFT ausgewiesen wird. Streckgrenze oder Härte sind keine Konformitätsentscheidung; sie sind Zahlenwerte, mit denen Konstruktion und Produktnorm verglichen werden. Mechanische Prüfberichte sind daher meist Eingangsgröße für eine technische Entscheidung und nicht für eine Produktzulassung — Werkstoffauswahl, Sicherheitsfaktor, Lebensdauervorhersage.

Die Unterscheidung zwischen statischem und dynamischem Verhalten ist der Schlüssel zum Verständnis des Bereichs. Ein Bauteil kann unter statischer Last völlig unbelastet erscheinen und dennoch unter wiederholter Belastung brechen; der Ermüdungsbruch tritt bei Spannungen weit unter der Streckgrenze auf und gibt keine Vorwarnung. Bei rotierenden, schwingenden oder zyklisch belasteten Bauteilen ist eine Zugprüfung allein daher kein ausreichender Nachweis.

Die Prüfbedingungen bestimmen das Ergebnis, und dies ist entscheidend für die Lesbarkeit des Berichts: Probengeometrie, Belastungsgeschwindigkeit, Temperatur, Konditionierung und Einspannanordnung. Derselbe Werkstoff liefert unter unterschiedlichen Bedingungen unterschiedliche Werte. Bei Kunststoffen ist der Geschwindigkeitseffekt sehr ausgeprägt, bei Metallen der Temperatureffekt; bei Verbundwerkstoffen verändert die Probenausrichtung das Ergebnis vollständig.

Härte ist die am häufigsten missbrauchte Messgröße in diesem Bereich. Da sie schnell, nahezu zerstörungsfrei und kostengünstig ist, wird sie oft anstelle der Festigkeit verwendet. Umrechnungstabellen von Härte zu Festigkeit existieren, sind aber NÄHERUNGSWEISE und hängen von der Werkstoffgruppe ab; sie als einziges Beweismittel bei der Werkstoffabnahme zu verwenden, ist falsch.

Der Bereich der Bruchmechanik erfordert eine besondere Kompetenz. Messungen der Bruchzähigkeit und der Ermüdungsrisswachstumsrate ermöglichen es zu berechnen, wie lange eine rissbehaftete Struktur hält; sie sind die Grundlage schadenstoleranter Auslegung in Bereichen wie Druckgeräten, Flugzeugstrukturen und Rohrleitungen.

Methodengruppen in diesem Bereich

Statische Prüfungen
Zug, Druck, Biegung, Scherung und Torsion. Streckgrenze und Zugfestigkeit, Dehnung und Elastizitätsmodul werden ermittelt.
Kerbschlagprüfungen
Charpy- und Izod-Kerbschlagbiegeversuch; das Sprödbruch-Zäh-Übergangsverhalten des Werkstoffs wird temperaturabhängig ermittelt.
Härte
Brinell, Vickers, Rockwell, Shore und Mikrohärte. Wertvoll für die Tiefe der Oberflächenbehandlung und lokale Festigkeitsunterschiede.
Ermüdung
Kraft- und dehnungsgesteuerte axiale Ermüdung, Biegeermüdung; Wöhlerkurven (S-N) und Dauerfestigkeitsgrenze.
Kriechen und Spannungsrelaxation
Verhalten unter Langzeitbelastung bei hoher Temperatur; entscheidend für Werkstoffe von Kesseln, Turbinen und Druckgeräten.
Bruchmechanik
Ebene-Dehnung-Bruchzähigkeit, J-Integral, CTOD und Ermüdungsrisswachstumsrate.
Verschleiß und Reibung
Taber- und Drehtrommel-Abrasion, Reibungskoeffizientenmessungen.

Häufig verwechselt in diesem Bereich

Die Berechnung der Festigkeit aus der Härte ist näherungsweise; sie kann nicht als alleiniger Nachweis bei der Werkstoffabnahme verwendet werden.
Ausreichende statische Festigkeit belegt nicht die Ermüdungsfestigkeit; ein zyklisch belastetes Bauteil erfordert eine gesonderte Prüfung.
Wird die Prüfgeschwindigkeit und -temperatur nicht angegeben, ist das Ergebnis nicht vergleichbar — insbesondere bei Polymeren und Verbundwerkstoffen.
Ein Prüfkörper und das tatsächliche Bauteil liefern möglicherweise nicht denselben Wert; Formfließrichtung, Bindenähte und Unterschiede in der Oberflächenbehandlung wirken sich alle aus.
Ein für einen Verbundwerkstoff angegebener Festigkeitswert ist ohne Angabe der Probenorientierung bedeutungslos.
Die ASTM- und ISO-Gegenstücke messen dieselbe Größe, verwenden aber unterschiedliche Probengeometrien; die Ergebnisse gelten nicht als direkt gleichwertig.

Welche Entscheidungen diese Ergebnisse unterstützen

Konstruktionsverifikation und Werkstoffauswahl
Wareneingangskontrolle und Lieferantenfreigabe
Erfüllung der mechanischen Anforderungen der Produktnorm
Fehleranalyse, Lebensdauervorhersage und Schadenstoleranzberechnung
Verifizierung von Wärmebehandlungs- und Oberflächenbehandlungsprozessen

Häufige Fragen zu Fretting

Was ist der Unterschied zwischen Fretting und normalem Verschleiß?

Fretting tritt auf, wenn die Schlupfamplitude viel kleiner als die Kontaktfläche ist. Verschleißteile können nicht aus der Kontaktzone entweichen und sammeln sich an; Der Schadensmechanismus unterscheidet sich daher vom kontinuierlichen Gleiten.