Funktionalisierte Randzone für belastungsorientiertes Ermüdungsverhalten gehärteter Bauteile
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt beschäftigt sich mit der Untersuchung der Einflüsse von thermomechanischen Prozessen, speziell des Hartdrehwalzens, auf die Eigenschaften der Randzone gehärteter Werkstoffe, insbesondere bei Wälzlagerinnenringen und Umlaufbiegeproben aus 100Cr6. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen und Simulationen wurde festgestellt, dass die Werkstücktemperaturen während des Festwalzprozesses einen maßgeblichen Einfluss auf die entstehenden Eigenspannungen im Werkstoff haben. Um die Temperatur präzise zu steuern, wurde eine Induktionserwärmung eingesetzt, die es erlaubt, die Werkstoffoberfläche gezielt zu erwärmen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine gleichbleibende Oberflächentemperatur entscheidend für die Prozessstabilität ist. Temperaturen unter 200 °C haben keinen Einfluss auf die Druckeigenspannungen. Über diesem Bereich nehmen sie jedoch signifikant ab, was zu einer verringerten mechanischen Festigkeit führt. Die mechanische Belastung während der Bearbeitung, insbesondere beim Festwalzen, erzeugt temperaturabhängig unterschiedliche Spannungszustände. Die Eigenspannungen in axialer Richtung weisen unterschiedliche Effekte auf, die durch mechanische Einschränkungen während der Erwärmung hervorgerufen werden. Versuche mit verschiedenen Werkzeugkonfigurationen und Schnittgeschwindigkeiten zeigten, dass insbesondere Schnittgeschwindigkeit und Kühlschmierstoffe die Werkzeuglebensdauer und Werkstückqualität beeinflussen. Die induzierten Eigenspannungen bleiben hierbei stabil, was auf eine dauerhafte Verbesserung der Werkstoffeigenschaften bis 200°C Bearbeitungstemperatur hindeutet. Überschreitet die Festwalztemperatur 200 °C, sinkt die Lebensdauer. Ursache hierfür sind temperaturbedingte Änderungen in der Randzone, die die Werkstoffermüdung beschleunigen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Einfluss des Eigenspannungszustandes auf das Ermüdungslebensdauerverhalten von Wälzlagern, Herbstsitzung FA Eigenspannungen (2023) 18. Oktober 2023, Hamburg, Deutschland
Dechant, S. & Nordmeyer, H.
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Einfluss hoher Lasten auf das Ermüdungslebensdauerverhalten von Wälzlagern. Gleit- und Wälzlagerungen 2023, 279-300. VDI Verlag.
Dechant, S.; Poll, G.; Rüth, L.; Foko Foko, F. & Koch, O.
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Energiedispersive Messung der Eigenspannungen nach dem Festwalzen – Analyse des Mikro- und Makrokontakts, Arbeitstreffen "Energiedispersive Röntgenbeugung" (2023), 03. Mai 2023, Kassel, Deutschland
Breidenstein, B., Gerdes, L. & Nordmeyer, H.
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Funktionalisierte Randzone für belastungsorientiertes Ermüdungsverhalten gehärteter Bauteile, Frühjahrssitzung FA Eigenspannungen (2023) 28. März 2023, Berlin, Deutschland
Breidenstein, B., Poll, G., Pape, F., Dechant, S. & Nordmeyer, H.
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Influence of high loads on the fatigue life behavior of rolling bearings, 77th STLE Annual Meeting & Exhibition (2023) 21-25 May 2023, Long Beach, California (USA)
Dechant, S. & Nordmeyer, H.
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Eigenspannungen beim Festwalzen von gehärtetem Stahl bei erhöhter Temperatur, Frühjahrssitzung FA Eigenspannungen (2024) 20. März 2024, Wolfsburg, Deutschland
Breidenstein, B. & Nordmeyer, H.
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Fatigue life analysis of deep rolled bearing inner rings. Procedia CIRP, 123, 13-17.
Breidenstein, Bernd; Poll, Gerhard; Pape, Florian; Bergmann, Benjamin; Dechant, Simon & Nordmeyer, Henke
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Influence of deep rolling process at various temperatures on the fatigue life of rolling bearings, Bearing World Journal Vol. 8 (2024), S. 77-83
Dechant, S., Nordmeyer, H., Pape, F., Breidenstein, B., Marian, O. & Poll, G.
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Influence of Turning and Deep Rolling Processes on Bearing Fatigue Life, 11th European Conference on Residual Stresses (ECRS), Prague, Czech Republic
Dechant, S., Nordmeyer, H., Pape, F., Breidenstein, B., Marian, O. & Poll, G.
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Numerical Simulation Approach of Deep Rolling of AISI 52100 at Elevated Temperature. Procedia CIRP, 121, 7-12.
Breidenstein, Bernd; Bergmann, Benjamin; Heikebrügge, Steffen & Nordmeyer, Henke
