Pitting

Pitting am Innenring eines Wälzlagers. Aufgenommen im Institut für Werkstoffkunde und Angewandte Mathematik der TH Köln

Riss parallel zur Oberfläche im Schliff. Aufgenommen im Institut für Werkstoffkunde und Angewandte Mathematik der TH Köln

Oberflächennahe Risse unter etwa 45° zur Oberfläche. Aufgenommen im Institut für Werkstoffkunde und Angewandte Mathematik der TH Köln

Rasterelektronen­mikro­graphie eines Pitting­grübchens. Aufgenommen im Institut für Werkstoffkunde und Angewandte Mathematik der TH Köln

Als Pitting (zu deutsch: Grübchenbildung) wird ein schalenförmiger Materialausbruch bei wechselnder Beanspruchung bezeichnet, der durch oberflächennahe Mikrorissbildung hervorgerufen wird. Dieser Schädigungsvorgang tritt vor allem im Bereich des klassischen Maschinenbaus auf, zum Beispiel bei Wälzlagern und Zahnrädern.

Entstehung

Pitting entsteht durch Ermüdungsrissbildung infolge von millionen- bis milliardenfacher wechselnder, zumeist schwellender Belastung. Die Ermüdung beginnt zumeist in der Zone höchster, zur Oberfläche paralleler Schubspannungen. Diese liegt als Folge der Hertzschen Pressung in einer charakteristischen Tiefe von wenigen Zehntelmillimetern unter der Oberfläche. Die Spannungsspitzen können 3000 N/mm² erreichen. Die durch Gefüge-Inhomogenitäten, Porösitäten oder nichtmetallische Einschlüsse auftretende Kerbwirkung bewirkt in den Zonen maximaler Schubspannungen eine Bildung von Mikrorissen parallel zur Oberfläche. Diese breiten sich zur Oberfläche hin aus und lassen den Werkstoff schalenförmig ausbrechen. Bei Wälzlagern werden die Ausbrüche überrollt, was zu lokalen Spannungsspitzen und damit zu einer Beschleunigung des Schädigungsvorgangs führt. Ferner kommt es auch zu einem plastischen Fließen an der Oberfläche, in Richtung der Hauptschubspannung unter 45° zur Oberfläche. Dadurch entstehen Mikrorisse an Kerben der Oberfläche. Sie breiten sich entlang der Hauptschubspannungsrichtung unter 45° zur Oberfläche aus.

Weitere Einflussfaktoren

Weitere Einflussgrößen neben der Hertzschen Pressung sind zum Beispiel die Oberflächenhärte und die Einhärtetiefe, die Oberflächenqualität, die Viskosität und Additivierung des Schmierstoffs, die Temperaturbeanspruchung sowie mögliche Flankenformfehler und, bei Zahnrädern, die Umfangsgeschwindigkeit.

Vermeidung

Der Grübchenbildung kann durch konstruktive Maßnahmen vorgebeugt werden. Dabei sollte der „richtige“ Werkstoff, die „richtige“ Wärmebehandlung und das „richtige“ Fertigungsverfahren für den jeweiligen Einsatzzweck angewandt werden. Die im Maschinenbau anerkannten Werte der zulässigen Flächenpressung (Grenzflächenpressung) für den gewählten Werkstoff dürfen nicht überschritten werden. Dies kann durch numerische Berechnung der Bauteile sichergestellt werden. Auch eine Optimierung der Dichtungssysteme oder eine Verbesserung der Filterung des Schmierstoffs sowie generell die Verwendung eines optimal geeigneten Schmierstoffs sind weitere Maßnahmen, um die Gefahr von Pittings zu reduzieren. Ferner sollte eine regelmäßige Prüfung sowie eine ordnungsgemäße Wartung und Instandhaltung der betreffenden Maschinen und Maschinenelemente nach den Vorgaben des Herstellers erfolgen.