TY - BOOK

T1 - Neue Verfahren zur Betriebsfestigkeitsbewertung von randschichtgehärteten Bauteilen

AU - Dobberke, Denes

N1 - gesperrt bis null

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Entwicklung einer geschlossenen Simulationskette für die rechnerische Betriebsfestigkeitsbewertung von induktiv randschichtgehärteten Stahlbauteilen auf der Grundlage einer umfangreichen Werkstoffcharakterisierung an Proben aus einem geschmiedeten Bauteil in zwei Gefügezuständen. Im experimentellen Teil der Arbeit erfolgt der Aufbau einer Datenbasis des Schmiedestahls 1.1303. Fokus ist die statische und zyklische Beurteilung des Werkstoffs hinsichtlich des duktilen Grundgefüges sowie gehärteten Martensits, welcher repräsentativ für die induktiv gehärtete Randschicht steht. Vergleichend werden die Zug- sowie Schwingfestigkeitsergebnisse mit den daraus resultierenden unterschiedlichen Gefügemittelspannungsempfindlichkeiten analysiert und durch begleitende Eigenspannungsmessungen komplettiert. Die umfangreiche Materialcharakterisierung stellt einen signifikanten Bestandteil der Arbeit dar und bildet die Grundlage für die Entwicklung eines um Eigenspannungen korrigierten, tiefenabhängigen Dauerfestigkeitsschaubildes für die rechnerische Festigkeitsbewertung im Langzeitfestigkeitsbereich von induktiv randschichtgehärteten Komponenten. Ergänzend erfolgt die Prozesssimulation des Induktionshärtens zur Generierung von fertigungsbedingten Bauteileigenspannungen für ein lebensdauerbegünstigendes Druckeigenspannungsniveau in oberflächennahen Bereichen via Methode der finiten Elemente. Abschließend erfolgt der rechnerische Nachweis am Beispiel einer Kurbelwellenkröpfung mit induktiv randschichtgehärteten Haupt- und Pleuellagern zur Vervollständigung der Simulationskette, wodurch mit der vorliegenden Methodik vergleichend zu einer gängigen Auslegungsvorschrift Leichtbaupotenziale aufgezeigt werden. Das vorliegende Werk bietet dem Anwender die gezielte Betrachtung des Einflusses von fertigungsbedingten Bauteileigenspannungen sowie dem Einbeziehen von unterschiedlichen Gefügecharakteristiken von induktionsgehärteten Strukturen und sieht sich folglich als Medium für die rechnerische Auslegung von randschichtverfestigten Komponenten im Langzeitfestigkeitsbereich.

AB - Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Entwicklung einer geschlossenen Simulationskette für die rechnerische Betriebsfestigkeitsbewertung von induktiv randschichtgehärteten Stahlbauteilen auf der Grundlage einer umfangreichen Werkstoffcharakterisierung an Proben aus einem geschmiedeten Bauteil in zwei Gefügezuständen. Im experimentellen Teil der Arbeit erfolgt der Aufbau einer Datenbasis des Schmiedestahls 1.1303. Fokus ist die statische und zyklische Beurteilung des Werkstoffs hinsichtlich des duktilen Grundgefüges sowie gehärteten Martensits, welcher repräsentativ für die induktiv gehärtete Randschicht steht. Vergleichend werden die Zug- sowie Schwingfestigkeitsergebnisse mit den daraus resultierenden unterschiedlichen Gefügemittelspannungsempfindlichkeiten analysiert und durch begleitende Eigenspannungsmessungen komplettiert. Die umfangreiche Materialcharakterisierung stellt einen signifikanten Bestandteil der Arbeit dar und bildet die Grundlage für die Entwicklung eines um Eigenspannungen korrigierten, tiefenabhängigen Dauerfestigkeitsschaubildes für die rechnerische Festigkeitsbewertung im Langzeitfestigkeitsbereich von induktiv randschichtgehärteten Komponenten. Ergänzend erfolgt die Prozesssimulation des Induktionshärtens zur Generierung von fertigungsbedingten Bauteileigenspannungen für ein lebensdauerbegünstigendes Druckeigenspannungsniveau in oberflächennahen Bereichen via Methode der finiten Elemente. Abschließend erfolgt der rechnerische Nachweis am Beispiel einer Kurbelwellenkröpfung mit induktiv randschichtgehärteten Haupt- und Pleuellagern zur Vervollständigung der Simulationskette, wodurch mit der vorliegenden Methodik vergleichend zu einer gängigen Auslegungsvorschrift Leichtbaupotenziale aufgezeigt werden. Das vorliegende Werk bietet dem Anwender die gezielte Betrachtung des Einflusses von fertigungsbedingten Bauteileigenspannungen sowie dem Einbeziehen von unterschiedlichen Gefügecharakteristiken von induktionsgehärteten Strukturen und sieht sich folglich als Medium für die rechnerische Auslegung von randschichtverfestigten Komponenten im Langzeitfestigkeitsbereich.

KW - Schwingfestigkeit

KW - randschichtgehärtete Bauteile

KW - Eigenspannungen

KW - fatigue strength

KW - surface-hardened components

KW - residual stresses

M3 - Dissertation

ER -