Einfluss von Randschichtbehandlungen auf das Ermüdungs- und Verschleißverhalten der Titanlegierungen Ti-6Al-4V und Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo

Die geringe Verschleißbeständigkeit von Titanlegierungen erfordert beim Einsatz unter tribologischen Beanspruchungen die Verwendung von Verschleißschutzschichten, wodurch jedoch die hohe Ermüdungsfestigkeit von Titanlegierungen deutlich herabgesetzt wird. Zu diesem Zeitpunkt liegen nur wenige Erkenntnisse zu den Versagensursachen und zum Schadenmechanismus selbst vor. Für ein besseres Verständnis des Schädigungsmechanismus und der Identifikation schädigungsrelevanter Einflussfaktoren ist die Hartstoffschicht Titannitrid mittels Magnetron- Sputtern und Gasnitrieren auf zwei alpha + beta -Titanlegierungen abgeschieden und das Ermüdungsverhalten unter HCF-Belastung anhand von Umlaufbiegeversuchen charakterisiert worden. Die PVD-Beschichtung führt bei beiden Titanlegierungen zu einer Verringerung der Ermüdungsfestigkeit, wobei die geringere Duktilität von Ti-6246 gegenüber Ti-6Al-4V auch einen größeren Abfall der Dauerfestigkeit zur Folge hat. Neben der Mikrostruktur der PVD-Schicht und den damit verbundenen Schichteigenschaften ist der Eigenspannungszustand der PVD-Schicht als weiterer schädigungsrelevanter Einflussfaktor erkannt worden. Die Ermüdungsfestigkeit nitrierter Titanlegierungen wird dagegen maßgeblich vom verwendeten Nitriermedium bestimmt, welches insbesondere die Zähigkeit und damit die Spaltbruchfestigkeit der Nitrierschicht beeinflusst. Nach der Begrenzung des Wasserstoffanteils im Nitriermedium ist kein negativer Einfluss der Nitrierschicht auf die Ermüdungsfestigkeit beider Titanlegierungen festzustellen. Die Verschleißbeständigkeit beider Titanlegierungen kann durch beide Schichten erhöht werden. Das Verschleißverhalten der Nitrier- und PVD-Schichten zeigt dabei eine signifikante Abhängigkeit vom Substratwerkstoff sowie von der auftretenden Flächenpressung.