P 993 – Simulationsgestützte Optimierung des lokalen Werkstoffzustandes im Bereich zyklisch hochbeanspruchter einsatzgehärteter Konstruktionsdetails mit Kerbwirkung

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P993

ISBN: 978-3-946885-05-4 Artikelnummer: P993 Kategorien: ,

Beschreibung

P 993 – Simulationsgestützte Optimierung des lokalen Werkstoffzustandes im Bereich zyklisch hochbeanspruchter einsatzgehärteter Konstruktionsdetails mit Kerbwirkung

Kurzdarstellung

Konstruktionsdetails wie Querbohrungen oder Wellenabsätze führen während einer äußeren Beanspruchung zu lokalen Extremwerten der Spannung. Lokale Extremwerte der Spannung fördern die Ausbildung von Anrissen im Werkstoff und im Fall einer zyklischen Beanspruchung zu lokalen Risswachstum und zum Versagen des gesamten Bauteils.
Durch das thermochemische Wärmebehandlungsverfahren Einsatzhärten kann die lokale Festigkeit gegen Ermüdung gezielt beeinflusst werden. Die Gestalt des Konstruktionsdetails beeinflusst die Kohlenstoffaufnahme aus der Aufkohlungsatmosphäre, die weitere Diffusion des Kohlenstoffs im Bauteil sowie den Wärmeübergang beim Abschrecken signifikant.
Innerhalb des Forschungsprojektes wurde der lokale Werkstoffzustand zyklisch hochbeanspruchter Konstruktionsdetails mit Kerbwirkung (Bohrung und Absatz) von Modellbauteilproben aus den Werkstoffen 18CrNiMo7-6 und 20MnCrB5 mittels Einsatzhärtung modifiziert. Dazu wurde zunächst auf der Basis einer Kopplung zwischen FEEinsatzhärtungssimulation und dem Beanspruchungszustand des Bauteiles eine Bewertung der Prozessrelevanz der technologischen Parameter des Einsatzhärtens mittels Sensitivitätsanalysen vorgenommen. Eine Optimierung der als prozessrelevant erkannten Parameter auf die jeweilige Kerbgeometrie erfolgte anschließend.
Bei der Variante der gasaufgekohlten Welle mit Querbohrung konnte durch die modifizierte Einsatzhärtung die Bauteildauerfestigkeit um bis zu 8 % gesteigert werden. Im Vergleich zwischen Standard-Einsatzhärtung und modifizierter Einsatzhärtung konnte der jeweilige Kohlenstoffpegel um bis zu 28 % und die Gesamtdauer des Aufkohlungsprozesses um bis zu 32 % reduziert werden.
Bei der Variante der niederdruckaufgekohlten Welle mit Absatz konnte die Dauerfestigkeit nicht gesteigert werden. Durch die modifizierte Einsatzhärtung ist jedoch eine Reduzierung der Aufkohlungsdauer um bis zu 17 % sowie eine Reduzierung der Diffusionsdauer zum bis zu 22 % möglich.

Veröffentlichung:
2016

Autoren:
A. Diemar, U. Gerth, C. Könke, J. Hildebrand