Kornfeinung in der Randzone von metallischen Werkstoffen durch maschinelles Oberflächenhämmern (FinePeening)

Steckbrief

Eckdaten

Laufzeit:
01.01.2017 bis 30.06.2019
Organisationseinheit:
Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren, Digitale Transformation
Fördergeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG
Status:
Abgeschlossen

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Metalle mit feinkörnigem Gefüge weisen bessere mechanische Eigenschaften als im grobkörnigen Zustand auf. Eine Erhöhung der Festigkeit, der Ermüdungsfestigkeit, der Verschleiß- und der Korrosionsbeständigkeit von metallischen Werkstoffen mit feinkörnigem Gefüge wurde bereits experimentell nachgewiesen. Deshalb ist die Kornfeinung von metallischen Werkstoffen ein vielversprechender Ansatz, um deren mechanische Eigenschaften signifikant zu verbessern.

Die Randzone von technischen Bauteilen ist oftmals der am stärksten beanspruchte Bereich. Daher kann bereits eine lokale Kornfeinung in der Randzone die gesamte Bauteilfunktion signifikant verbessern. Eine Kornfeinung in der Randzone kann durch lokale hohe plastische Umformung mittels Oberflächenbehandlungsverfahren realisiert werden. Das maschinelle Oberflächenhämmern (MOH) ist ein innovatives, industriell eingesetztes Verfahren zur Oberflächenbehandlung von hochbelasteten Bauteilen.

Durch das MOH wird eine Einglättung der Oberfläche, die Induzierung von Druckeigenspannungen sowie eine Kaltverfestigung in der Werkstückrandzone erreicht. Darüber hinaus können durch das MOH Strukturen, die die tribologischen Eigenschaften der Oberflächen verbessern, erzeugt werden. Die genannten Aspekte lagen bisher im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten zur Untersuchung des MOH-Verfahrens. Das MOH ist potenziell geeignet, um eine Kornfeinung in der Randzone von metallischen Bauteilen zu erzeugen. Es bestehen aber keine Erklärungsmodelle für die Wechselwirkungen zwischen den Prozessparametern des MOH und der resultierender Kornfeinung in der Randzone.

Um eine zielführende industrielle Auslegung des MOH-Prozesses für die Kornfeinung zu ermöglichen, werden zunächst sowohl mittels experimenteller Versuchsreihen als auch numerischer Finite-Elemente-Simulationen die grundlegenden Ursache-Wirkung-Zusammenhänge zwischen den MOH-Prozessparametern und der resultierender Kornfeinung in der Randzone am Beispiel der Stähle 42CrMo4 und X5CrNi18-10 erklärt. Des Weiteren wird die Auswirkung der feinkörnigen Randzone von MOH behandelten Bauteilen auf das Verschleiß- und Ermüdungsverhalten mittels Stift-auf-Zylinder-Tribometerversuchen und Umlaufbiegeuntersuchungen beschrieben.