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Accessible Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter March 28, 2019

Failure Analysis on a Compaction Roll made of Silicon Nitride

Schadensanalyse an einer Kompaktierwalze aus Siliziumnitrid
W. Harrer, R. Morrell and R. Danzer
From the journal Practical Metallography

Abstract

Owing to its excellent mechanical and thermal properties such as high strength, high hardness, and good thermal shock resistance, silicon nitride is a material suitable for forming tools. This work analyses the failure of a compaction roll made of Si3N4. One of the two ceramic rings broke during the compaction rolls' operation. Fractographic examinations have shown that very high tensile stresses occurred in the ceramic material during operation. These stresses first led to the formation of cracks and then to the total failure of the roll ring. Failure analysis has shown that roll design and clamping are of major importance. Causes for the generation of tensile stresses are shown and suggestions are made on how to ensure a safe operation of the rolls.

Kurzfassung

Aufgrund seiner ausgezeichneten mechanischen und thermischen Eigenschaften (z. B. hohe Festigkeit, hohe Härte und gute Thermoschockbeständigkeit) kommt Siliziumnitrid als Werkstoff für Umformwerkzeuge in Frage. In dieser Arbeit wird der Ausfall einer Kompaktierwalze aus Si3N4 untersucht. Während des Einsatzes der Kompaktierwalzen ist einer der beiden Keramikringe zerbrochen. Durch fraktographische Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass während des Betriebes sehr große Zugspannungen in der Keramik aufgetreten sind. Diese Spannungen führten zunächst zur Bildung von Rissen und später zum Totalversagen der Walzrings. Die Schadensanalyse hat gezeigt, dass der Konstruktion der Walze und ihrer Einspannung große Bedeutung zukommt. Es werden Ursachen für das Entstehen der Zugspannungen und mögliche Lösungsvorschläge, die einen sicheren Betrieb der Walzen gewährleisten, aufgezeigt.


Translation: E. Engert


Received: 2018-11-30
Accepted: 2018-12-10
Published Online: 2019-03-28
Published in Print: 2019-04-15

© 2019, Carl Hanser Verlag, München