Funktionalisierte Randzone für belastungsorientiertes Ermüdungsverhalten gehärteter Bauteile

Das Oberflächenumformverfahren Festwalzen ist ein Verfahren, um definierte Randzoneneigenschaften zur Steigerung der Bauteillebensdauer einzustellen. Die Kombination des thermischen Festwalzens führt zu einem weiteren Anstieg der Lebensdauer,erfordert jedoch eine zusätzliche Erwärmung. Durch eine hybride Prozesskombination durch den spanenden Fertigungsschritt und dem gleichzeitigen Festwalzen kann dieser Nachteil eliminiert werden. Dieser Prozess des Drehwalzens ist eine effiziente Möglichkeit für die Bearbeitung von gehärteten Bauteilen. Die Wirkmechanismen bei der kombinierten, thermomechanischen Bearbeitung zur gezielten Lebensdauersteigerung durch maßgeschneiderte Randzoneneigenschaften gehärteter Bauteile sind noch nicht vollständig erforscht. Sowohl für das Einstellen der Randzoneneigenschaften durch thermisches Festwalzen mittels Induktionserwärmung als auch für die Hartdrehwalzbearbeitung fehlen noch Informationen zum erforderlichen Energieeintrag der durch den Drehprozess bereitgestellt wird. Auch die Lebensdauer thermomechanischen bearbeiteter Bauteile ist bislang nicht bekannt.

Zielsetzung des Projekts

Das Gesamtziel des Vorhabens war die grundlegende Untersuchung und Modellierung der Wirkmechanismen bei der kombinierten, thermomechanischen Bearbeitung zur gezielten Lebensdauersteigerung durch maßgeschneiderte Randzoneneigenschaften gehärteter Bauteile. Die Wirkmechanismen zwischen dem Walzprozess und der Bauteiltemperatur werden modelliert. Darauf aufbauend werden Grundlagen zum Einstellen von Randzoneneigenschaften durch den kombinierten Drehwalzprozess gehärteter Bauteile erarbeitet. Abschließend werden Untersuchungen zur Lebensdauer durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen der thermomechanischen Bearbeitung und den resultierenden Randzoneneigenschaften aufzuzeigen.

Vorteile

• gezielt eingestellte Randzoneneigenschaften – Vorteilhafte Druckeigenspannungen, Härte und Oberflächenrauheit
• Lebensdauersteigerung – Randzoneneigenschaften, die dem Versagen entgegenwirken
• höhere Produktivität – Drehwalzen als Kombinationsprozess spart zusätzlichen Prozessschritt

Vorgehen

Zunächst wird dazu das gezielte Einstellen der Randzoneneigenschaften durch thermisches Festwalzen realisiert. Dafür werden die Bauteile lokal mittels Induktion erwärmt. Anschließend werden die Wirkmechanismen zwischen dem Walzprozess und der Bauteiltemperatur modelliert. Daraus wird der erforderliche Energieeintrag abgeleitet, der durch den Drehprozess bereitgestellt werden muss. Darauf aufbauend werden Grundlagen zum Einstellen von Randzoneneigenschaften durch den kombinierten Drehwalzprozess gehärteter Bauteile erarbeitet. Abschließend werden Untersuchungen zur Lebensdauer durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen der thermomechanischen Bearbeitung und den resultierenden Randzoneneigenschaften aufzuzeigen.

Sie haben Interesse an einem Kooperationsprojekt oder an gezielt eingestellten Randzoneneigenschaften Ihrer Bauteile?

Kontaktieren Sie Henke Nordmeyer per E-Mail an nordmeyer@ifw.uni.hannover.de oder telefonisch unter +49 511 762 18295.