Härte und Funktionalität erzielen Lebensdauersteigerung

Werkstoffe 07. 12. 2022
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Wie muss die Randzone gehärteter Bauteile ausgelegt werden, um starken Belastungen Widerstand zu leisten und wie kann dies mit dem Fertigungsprozess erreicht werden? Mit diesen Fragen beschäftigen sich Forschende am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover (IFW). Dabei wird untersucht, wie mit kombinierten Prozessen spezielle thermische und mechanische Effekte gezielt genutzt werden können. Ziel ist es nach Aussage von Projektbearbeiter Henke Nordmeyer, die Randzone der gehärteten Bauteile so einzustellen, dass sie ihre Funktion möglichst lange erfüllen können.

Gehärtete Bauteile werden oft dort eingesetzt, wo hohe Belastungen erwartet werden. Diesen Belastungen halten gehärtete Bauteile lange Stand. Die wirkenden Belastungszustände sind dabei häufig wechselnd und führen mit der Zeit zu einer Rissbildung und später sogar zu einem Bruch des Bauteils. Diesem Versagen der Bauteile kann eine lastangepasste Randzone entgegenwirken, sagt Henke Nordmeyer. Das heißt, dass die Eigenschaften der Randzone so eingestellt werden, dass die Lasten während der Nutzung des Bauteils aufgenommen werden können, ohne dass es zu Schäden im ­Bauteil kommt. Im Grundlagenprojekt Funktionali­sierte Randzone für ­belastungsorientiertes Ermüdungsverhalten gehärteter Bauteile werden die Zusammenhänge zwischen den Fertigungsprozessen und der ­Bauteillebensdauer untersucht.

Im neu gestarteten DFG-Projekt werden biegewechselbeanspruchte Bauteile betrachtet als auch wälzbelastete Lagerringe in Kooperation mit dem Institut für Maschinenkon­struktion und Tribologie (IMKT) untersucht.

Die gezielte Einstellung der ­Bauteilrandzone mit dem Kombinationsprozess Drehwalzen wird zunächst durch eine Analyse der Wechselwirkungen der Einzelprozesse ermittelt. Hierzu wird dem Festwalzen eine lokale Induktionserwärmung vorgeschaltet, um den Temperatureintrag durch den Drehprozess abbilden zu können. Durch diese Analogiewärmequelle können gezielt die Prozesstemperaturen variiert werden und somit optimale Prozessbedingungen für die lastangepasste Fertigung der gehärteten Bauteile ausgelegt werden. Anschließend wird der Drehprozess untersucht, um das Prozessfenster festzulegen, das die notwendige Erwärmung für das Walzen liefert. Aus dem daraus entwickelten Modell werden Randzonenzustände für die biegewechsel- und wälzbelasteten ­Bauteile abgeleitet. Die unter Verwendung des Modells gefertigten Bauteile werden anschließend einer Lebensdauerprüfung unterzogen, um zu prüfen, inwieweit ein definiert eingestellter Randzonenzustand durch den Drehwalzprozess die Lebensdauer steigert.  H. Nordmeyer

Kontakt

Henke Nordmeyer, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen
E-Mail: nordmeyer@ifw.uni-hannover.de

Text zum Titelbild: Festwalzen eines Lagerinnenrings (© IFW/Nm)

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