Oberflächentechnik und Tribologie

Ein ebener Block aus Stahl (Eindringhärte H = 2,0 GPa) liegt auf einer Platte aus demselben Stahl; auf die scheinbare Kontaktfläche von 10 cm² wirkt eine Normalkraft von 1,0 kN. Alle sich berührenden Rauheitsspitzen seien plastisch verformt. Welcher Wert kommt dem Anteil der mit Ar = W/H abgeschätzten wahren Kontaktfläche an der scheinbaren Kontaktfläche am nächsten?

  1. AEtwa 0,5 %
  2. BEtwa 50 %
  3. CEtwa 0,05 %
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Lösung: C. Etwa 0,05 %

Die wahre Kontaktfläche beträgt Ar = W/H = 1,0×10³/(2,0×10⁹) = 5,0×10⁻⁷ m² = 0,50 mm². Die scheinbare Fläche ist 10 cm² = 1000 mm², der Anteil also 0,50/1000 = 5×10⁻⁴, etwa 0,05 %. Auch bei scheinbar ebenen Flächen berührt sich tatsächlich nur ein winziger Teil an den Spitzen der Rauheiten, und dort herrscht ein hoher Druck in Höhe der Härte. Etwa 0,5 % entsteht, wenn 1 cm² nicht als 100 mm², sondern als 10 mm² umgerechnet wird, etwa 50 %, wenn die Härte nicht in GPa, sondern in MPa eingesetzt wird. Der örtlich hohe Druck an den wahren Kontaktstellen und die beim Gleiten entstehende hohe Temperatur sind der Ausgangspunkt für Adhäsion und Verschleiß.

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