Quantitative Beschreibung des Werkstoffzustands beim Profilschleifen von umwandlungsfähigen Stählen

Motivation

Die Leistungsfähigkeit stark beanspruchter Bauteile hängt maßgeblich von der Qualität ihrer Oberflächen- bzw. Randschicht ab. Neben der Formgenauigkeit und Oberflächenrauheit sind auch die Gefügestruktur, die Härte und die Eigenspannungen in der Randzone von entscheidender Bedeutung. Die Endbearbeitung erfolgt häufig mittels Schleifen nach einer Wärmebehandlung, um die geforderten Eigenschaften der Bauteiloberfläche sicherzustellen. Da das Schleifen in der Regel den letzten Schritt im Fertigungsprozess darstellt, wirken sich dabei auftretende Fehler unmittelbar auf die Eigenschaften der Randschicht aus. Eine zu hohe thermische Belastung während des Schleifens kann gezielt eingestellte Randschichteigenschaften wie Härte oder Eigenspannungen beeinflussen, wodurch sich wiederum die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Bauteils verringern. Zur Sicherstellung der Bauteilqualität sind daher oftmals aufwändige Prüfprozesse notwendig, die mit hohen Kosten verbunden sind. Ein vertieftes Verständnis der Einflüsse des Schleifprozesses auf die Randschicht und der daraus resultierenden Materialeigenschaften kann zur Optimierung der Fertigung führen. Sie ermöglichen eine effizientere Prozessführung sowie eine Reduzierung des Prüfaufwands und der Herstellungskosten.

Zielsetzung

• Charakterisierung der umwandlungsfähigen Stähle (100Cr6, 60CrNiMo-7-6, 70CrNiMo-7-6, 80CrNiMo-7-6) nach starken thermischen und mechanischen Beanspruchungen.
• Quantitative Beschreibung der Gefügemodifikation in Folge des Schleifprozesses in Abhängigkeit vom Ausgangszustand des Werkstoffs, der thermo-mechanischen Belastung und den Prozessparameter.
• Entwicklung eines Simulationsmodells zur Vorhersage der Veränderung der Werkstoffintegrität infolge des Schleifprozesses.

Projektinhalte

• Dilatometrische Versuche zur Untersuchung der Gefügeveränderung bei hohen Aufheiz- und Abkühlraten sowie unter hohen Dehnraten.
• Experimentelle Untersuchung des Werkstoffverhaltens beim Anlassen unter Druck
• Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Elektronenrückstreubeugung (EBSD) zur Analyse der Gefügeveränderungen hinsichtlich Verfestigung, Kornverfeinerung, Phasenumwandlungen sowie der Auflösung gröberer Karbide.
• Transmissionselektronenmikroskopische (TEM) Untersuchungen zur Charakterisierung feiner Anlasskarbide.
• Untersuchung der Härteveränderung in der Neuhärtungszone und Anlasszone.
• Entwicklung des Modells zur Simulation der Gefügeveränderung durch die thermomechanische Belastung beim Schleifen

Projektpartner

Das Manufacturing Technology Institute | MTI der RWTH Aachen University

Förderung

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft