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Diplomarbeit aus dem Jahr 1999 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau, Note: 1,7, Universität Kassel (Maschinenbau), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Alle Industriebereiche sind heute einem ständig wachsenden wirtschaftlichen Druck ausgesetzt. Um kostengünstig produzieren zu können, ist es erforderlich, dass die eingesetzten Werkzeuge eine lange Lebensdauer erreichen. Warmarbeitswerkzeuge sind häufig komplex gestaltete und deshalb sehr kostenintensive Werkzeuge, die im betrieblichen Einsatz üblicherweise verschiedensten Belastungen mechanischer, thermischer und vielfach auch chemischer Art ausgesetzt sind. Darüber hinaus wirken sich herstellungsbedingte Einflüsse sowie die Handhabung und Pflege erheblich auf die Lebensdauer aus.
Von entscheidender Bedeutung für die Gebrauchsfähigkeit bzw. Lebensdauer eines Werkzeuges ist oft die Eigenschaft der Oberfläche und der oberflächennahen Schichten. So vergrößern beispielsweise Oberflächendruckeigenspannungen bei schwingbeanspruchten Werkstoffen mittlerer und hoher Härte die Lebensdauer im Zeitfestigkeitsbereich und die Wechselfestigkeit gegenüber eigenspannungsfreien Werkstoffzuständen. Das Kugelstrahlen ist daher ein bei metallischen Werkstoffen etabliertes Verfahren zur Optimierung der Randschichteigenschaften.
Durch hinreichende Zufuhr thermischer Energie werden jedoch die randnahen Eigenspannungen in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit abgebaut, wodurch die positive Auswirkung der Strahlbehandlung, z. B. auf die Lebensdauer bei schwingender Beanspruchung, reduziert wird. Es besteht deshalb ein erhebliches Interesse Informationen zum thermischen Abbauverhalten der Eigenspannungen kugelgestrahlter Werkstoffzustände zu erhalten.
In dieser Arbeit werden die durch thermische Belastung hervorgerufenen Änderungen der Randschichteigenschaften an vergütetem X38CrMoV5-1 systematisch untersucht und soweit möglich mit dem Avrami- Ansatz beschrieben. Die vergüteten und kugelgestrahlten Proben wurden sowohl isotherm als auch zyklisch bei Temperaturen von 400 bis 600°C mit variierten Auslagerungszeiten geglüht. Neben röntgenographischen Spannungsanalysen erfolgten Kleinlasthärtemessungen, Rauhigkeitsmessungen und metallographische Untersuchungen.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung1
2.Grundlagen2
2.1Warmfeste und hochwarmfeste Stähle2
2.2Einfluß der Legierungselemente auf die Eigenschaften von Stahl3
2.3Randschichtveränderung durch mechanische Oberflächenbehandlung5
2.3.1Kugelstrahlen5
2.3.2Parameter des Kugelstrahlens5
2.3.2.1Strahlmittel5
2.3.2.2Überdeckungsgrad6
2.3.2.3Auftreffwinkel6
2.3.3Einfluß der Parameter auf kugelstrahlbedingte Eigenspannungen7
2.4Definitionen von Eigenspannungen7
2.4.1Kugelstrahlbedingte Eigenspannung8
2.5Thermischer Eigenspannungsabbau9
2.5.1Zener- Wert- Avrami- Beziehung10
3.Untersuchungsmethoden12
3.1Röntgenographische Eigenspannungsmessung12
3.1.1Grundlagen der Röntgenbeugung12
3.1.2Röntgenographische Eigenspannungsbestimmung14
3.2Elektrolytisches Abtrageverfahren15
3.3Härtemessung15
3.3.1Härtemessung nach Vickers15
3.3.2Universalhärtemessung16
3.4Zugversuch17
3.5Metallographische Untersuchungen17
4.Probenherstellung18
4.1Versuchswerkstoff18
4.2Geometrie, Wärme- und Oberflächenbehandlung18
4.3Thermische Auslagerungsversuche19
5.Experimentelle Ergebnisse21
5.1Dokumentation des Ausgangszustandes21
5.2Eigenspannung und Halbwertsbreiten21
5.3Härte26
5.4Bestimmung der Aktivierungsenergie28
5.4.1Bestimmung der Aktivierungsenergie über den Eigenspannungsabbau28
5.4.2Bestimmung der Aktivierungsenergie über den Halbwertsbreitenabbau32
5.5Metallographische Untersuchungsergebnisse35
6.Diskussion de...
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Alle Industriebereiche sind heute einem ständig wachsenden wirtschaftlichen Druck ausgesetzt. Um kostengünstig produzieren zu können, ist es erforderlich, dass die eingesetzten Werkzeuge eine lange Lebensdauer erreichen. Warmarbeitswerkzeuge sind häufig komplex gestaltete und deshalb sehr kostenintensive Werkzeuge, die im betrieblichen Einsatz üblicherweise verschiedensten Belastungen mechanischer, thermischer und vielfach auch chemischer Art ausgesetzt sind. Darüber hinaus wirken sich herstellungsbedingte Einflüsse sowie die Handhabung und Pflege erheblich auf die Lebensdauer aus.
Von entscheidender Bedeutung für die Gebrauchsfähigkeit bzw. Lebensdauer eines Werkzeuges ist oft die Eigenschaft der Oberfläche und der oberflächennahen Schichten. So vergrößern beispielsweise Oberflächendruckeigenspannungen bei schwingbeanspruchten Werkstoffen mittlerer und hoher Härte die Lebensdauer im Zeitfestigkeitsbereich und die Wechselfestigkeit gegenüber eigenspannungsfreien Werkstoffzuständen. Das Kugelstrahlen ist daher ein bei metallischen Werkstoffen etabliertes Verfahren zur Optimierung der Randschichteigenschaften.
Durch hinreichende Zufuhr thermischer Energie werden jedoch die randnahen Eigenspannungen in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit abgebaut, wodurch die positive Auswirkung der Strahlbehandlung, z. B. auf die Lebensdauer bei schwingender Beanspruchung, reduziert wird. Es besteht deshalb ein erhebliches Interesse Informationen zum thermischen Abbauverhalten der Eigenspannungen kugelgestrahlter Werkstoffzustände zu erhalten.
In dieser Arbeit werden die durch thermische Belastung hervorgerufenen Änderungen der Randschichteigenschaften an vergütetem X38CrMoV5-1 systematisch untersucht und soweit möglich mit dem Avrami- Ansatz beschrieben. Die vergüteten und kugelgestrahlten Proben wurden sowohl isotherm als auch zyklisch bei Temperaturen von 400 bis 600°C mit variierten Auslagerungszeiten geglüht. Neben röntgenographischen Spannungsanalysen erfolgten Kleinlasthärtemessungen, Rauhigkeitsmessungen und metallographische Untersuchungen.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung1
2.Grundlagen2
2.1Warmfeste und hochwarmfeste Stähle2
2.2Einfluß der Legierungselemente auf die Eigenschaften von Stahl3
2.3Randschichtveränderung durch mechanische Oberflächenbehandlung5
2.3.1Kugelstrahlen5
2.3.2Parameter des Kugelstrahlens5
2.3.2.1Strahlmittel5
2.3.2.2Überdeckungsgrad6
2.3.2.3Auftreffwinkel6
2.3.3Einfluß der Parameter auf kugelstrahlbedingte Eigenspannungen7
2.4Definitionen von Eigenspannungen7
2.4.1Kugelstrahlbedingte Eigenspannung8
2.5Thermischer Eigenspannungsabbau9
2.5.1Zener- Wert- Avrami- Beziehung10
3.Untersuchungsmethoden12
3.1Röntgenographische Eigenspannungsmessung12
3.1.1Grundlagen der Röntgenbeugung12
3.1.2Röntgenographische Eigenspannungsbestimmung14
3.2Elektrolytisches Abtrageverfahren15
3.3Härtemessung15
3.3.1Härtemessung nach Vickers15
3.3.2Universalhärtemessung16
3.4Zugversuch17
3.5Metallographische Untersuchungen17
4.Probenherstellung18
4.1Versuchswerkstoff18
4.2Geometrie, Wärme- und Oberflächenbehandlung18
4.3Thermische Auslagerungsversuche19
5.Experimentelle Ergebnisse21
5.1Dokumentation des Ausgangszustandes21
5.2Eigenspannung und Halbwertsbreiten21
5.3Härte26
5.4Bestimmung der Aktivierungsenergie28
5.4.1Bestimmung der Aktivierungsenergie über den Eigenspannungsabbau28
5.4.2Bestimmung der Aktivierungsenergie über den Halbwertsbreitenabbau32
5.5Metallographische Untersuchungsergebnisse35
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