Einfluss fertigungsbedingter Gefüge- und Geometrieinhomogenitäten auf das Ermüdungsverhalten zweier Stahlsorten unter Berücksichtigung des Chargeneinflusses
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In der industriellen Praxis des Laserstrahlschneidens muss bewertet werden, welche Qualitäten der Schnittkanten hinsichtlich Rauigkeit und Gratfreiheit erreicht werden müssen. Dies gilt im Besonderen für umzuformende Blechteile, da Kerben an der Schnittkante häufig Ausgangsorte für Ermüdungsrisse sind. Für zwei Stähle, den korrosionsbeständigen Cr-Ni-Stahl 1.4301 und den unlegierten Stahl 1.0335 konnte gezeigt werden, welchen Einfluss die Vorverformung, die Parameter beim Laserstrahlschneiden, die Gefügeänderungen infolge des Schneidens und Chargeneinflüsse auf die Ermüdungsfestigkeit der Stähle haben. Ein Hauptergebnis ist, dass eine geeignet ausgeführte Vorverformung zur Ablösung der Gratanhaftungen führt, was eine Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit im Vergleich zur reinen lasergeschnittenen Variante bewirkt. Zusätzliche festigkeitserhöhende Effekte lassen sich beim Stahl 1.4301 durch möglichst tiefe Temperaturen bei der Vorverformung und dadurch erhöhte α‘-Martensitanteile sowie bei relativ hohen Schwefelgehalten der Charge erreichen. Beim Stahl 1.0335 sollten die Parameter beim Laserstrahlschneiden so gewählt werden, dass nicht zu große Grate bei gleichzeitig moderater Aufhärtung (ca. 1/10 mm Grathöhe bei ca. 300HV) entstehen. Grundsätzlich ist die Qualität beim Laserstrahlschneiden weiterhin anhand von Rauigkeit und Gratausbildung zu bewerten; aufgrund der hohen Variabilität und einem potentiellen verformungsbedingten Ablösen von Gratanhaftungen kann durch eine Prozessparameteranpassung eine deutliche Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit erzielt werden. Die Ableitung einer verallgemeinerbaren Wöhlerlinie, die generell auf lasergeschnittene Bleche anwendbar wäre, scheint zum gegebenen Zeitpunkt jedoch unmöglich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Influence of preforming and laser cutting on VHCF behavior of AISI 304. 8th International Conference on Very High Cylce Fatigue (VHCF8), Edts: Takashi Nakamura & Tatsuo Sakai (2021)
T. Zeuner, T. Wanski, S. Schettler, R. Kühne & M. Zimmermann
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Deformation-Induced Martensitic Transformation in Laser Cladded 304 Stainless Steel Coatings. Materials, 15(18), 6392.
Zeuner, André T.; Gerdt, Leonid; Ostwald, Andrea; Grün, Peter; Barbosa, Maria; Kaspar, Jörg & Zimmermann, Martina
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Investigation of the influence of a two-step process chain consisting of laser cutting and subsequent forming on the fatigue behavior of AISI 304. International Journal of Fatigue, 159, 106779.
Wanski, Thomas; Zeuner, André T.; Schöne, Sebastian; Herwig, Patrick; Mahrle, Achim; Wetzig, Andreas & Zimmermann, Martina
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The Influence of Heat Treatment on the Microstructure, Surface Roughness and Shear Tensile Strength of AISI 304 Clinch Joints. Metals, 12(9), 1514.
Zeuner, André Till; Ewenz, Lars; Kalich, Jan; Schöne, Sebastian; Füssel, Uwe & Zimmermann, Martina
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Influence of a Pronounced Pre-Deformation on the Attachment of Melt Droplets and the Fatigue Behavior of Laser-Cut AISI 304. Metals, 13(2), 201.
Zeuner, André T.; Wanski, Thomas; Schettler, Sebastian; Fell, Jonas; Wetzig, Andreas; Kühne, Robert; Fischer, Sarah C. L. & Zimmermann, Martina
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Influence of the Dross Formation of the Laser-Cut Edge on the Fatigue Strength of AISI 304. Metals, 13(3), 624.
Bach, Julia; Zeuner, André T.; Wanski, Thomas; Fischer, Sarah C. L.; Herwig, Patrick & Zimmermann, Martina
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Investigations on dross formation susceptibility in laser fusion cutting of different stainless steel compositions with emphasis on minor element effects. Journal of Laser Applications, 35(3).
Mahrle, A.; Wanski, T.; Zeuner, A. T.; Herwig, P. & Zimmermann, M.
