Experimentelle und modellhafte Analyse von zerspanungsbedingten Eigenspannungen und Bauteilverzug beim Drehen von Inconel 718
Motivation
Funktionalität, Einsatzverhalten und Lebensdauer von hoch belasteten, sicherheitsrelevanten Flugzeugtriebwerkskomponenten aus der Nickelbasislegierung Inconel 718 werden maßgeblich von der Fertigungsgenauigkeit und den Randzoneneigenschaften bestimmt. Deshalb werden an fertig bearbeitete Turbinenteile hohe Anforderungen bezüglich Form- und Lageabweichungen sowie Eigenspannungen und Veränderungen des Werkstoffgefüges in der Randzone gestellt. Die Einstellung dieser Bauteileigenschaften wird in der Regel durch die spanende Endbearbeitung an geschmiedeten und anschließend wärmebehandelten Halbzeugen festgelegt. Bei der Zerspanung und insbesondere beim Drehen werden, bedingt durch das vorliegende thermo-mechanische Belastungskollektiv, randzonennahe Eigenspannungen eingebracht, die inhärenten Eigenspannungen überlagern und zu einem schwer kontrollierbaren Bauteilverzug führen. Eine genaue Vorhersage der Eigenspannungen und des zerspanungsbedingten Bauteilverzugs könnte durch einen skalenübergreifenden numerischen Modellierungsansatz erreicht werden, der zur Vermeidung von zeit- und kostenintensiven Nachbehandlungen oder Bauteilausscheidungen führt.
Zielsetzung
- Die Erfassung und Modellierung der thermomechanischen Belastung bei der Bearbeitung von Werkstücken aus der Legierung Inconel 718 unter variierenden Prozessparametern
- Die Charakterisierung und Modellierung des konstitutiven Werkstoffverhaltens
- Die Erstellung eines einheitlichen FE-basierten Berechnungsmodells zur Vorhersage des Verzugs bei der Zerspanung von wärmebehandelten Bauteilen aus Inconel 718
- Die Anwendung und Validierung der entwickelten Modelle anhand der Zerspanung eines ausgehärteten Triebwerkturbinenrings
Projektinhalte
- Materialcharakterisierung im lösungsgeglühten und ausgelagerten Zustand hinsichtlich Mikrostruktur, thermomechanischen Eigenschaften und Eigenspannungen
- Simulation des Wärmebehandlungsprozesses und der Ausscheidungskinetik
- Versetzungsbasierte Modellierung des Verfestigungsmechanismus
- Untersuchung der Variation von Lösungsglüh- und Auslagerungsprozessen mit Hilfe von Dilatometermessungen und REM-Mikrostrukturanalyse
- Digital-Image-Correlation (DIC)-Analyse der entsprechenden lokalen Dehnungs- und Dehnungsgeschwindigkeitsfelder, die in der Randzone induziert werden
- Implementierung eines Werkstoffmodells und 3D-FE-Simulation des Längsdrehprozesses
Projektpartner
Werkzeugmaschinenlabor (WZL)
Förderung
Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft
