TY - THES

T1 - Untersuchungen zum Einfluss des Gleitschleifens auf die Ermüdungsfestigkeit von Aluminium- und Stahlproben

AU - Wallner, Stefan

N1 - gesperrt bis null

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Das Gleitschleifen ist ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung, wobei der ursprüngliche Zweck dieses Prozesses in der Verbesserung der Oberflächenrauheit und dem Entgraten von Bauteilen bestand. In den letzten Jahren wurde das Gleitschleifen jedoch auch vermehrt zur Steigerung der Schwingfestigkeit eingesetzt. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss des Gleitschleifens auf die Randschichteigenschaften sowie der resultierenden Ermüdungsfestigkeit von Proben aus Stahl (27MnCrB5-2) und Aluminium (AW-2007) zu untersuchen und einen Ansatz für die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit gleitgeschliffener Randschichten auf Basis standardisierter Methoden abzuleiten. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf einer systematischen Analyse des Gleitschleifprozesses sowie des Effekts von unterschiedlichen Prozessparametern auf die lokalen Oberflächen- und Randschichteigenschaften der Proben. Zu diesem Zweck werden Rauheit-Zeit Verläufe experimentell erstellt und die sich ergebende Oberflächenstruktur sowie der Eigenspannungs- und Härtezustand iterativ evaluiert. Nach Ableitung der für den untersuchten Gleitschleifprozess optimalen Prozessparameter werden Proben aus Stahl und Aluminium entsprechend nachbearbeitet und in weiterer Folge zyklisch geprüft. Hierbei werden Wöhlerversuche sowohl für gleitgeschliffene als auch für nicht gleitgeschliffene Proben durchgeführt. Für beide Werkstoffe ergibt sich infolge des Gleitschleifprozesses eine gesteigerte Langzeitfestigkeit, wobei für Stahl eine Erhöhung von 24% und für Aluminium von 20% ermittelt wurde. Zur Bewertung der Ermüdungsfestigkeit wurde das standardisierte Berechnungsschema der FKM-Richtlinie verwendet, wobei die im Zuge der experimentell ermittelten Randschichteigenschaften berücksichtigt worden sind. Die Ergebnisse zeigen eine Unterschätzung der Langzeitfestigkeit von 1% für die Stahl- und 11,5% für die Aluminiumproben, womit eine zuverlässige und konservative Bewertung anhand der vorgestellten Methodik möglich ist. Als Basis für fortführende Analysen, zur Vertiefung des Wissens über den Gleitschleifprozess und deren Auswirkungen auf die Oberflächen- und Randschichteigenschaften, werden abschließend Empfehlungen für weitere mögliche Parameterstudien und Untersuchungen gemacht.

AB - Das Gleitschleifen ist ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung, wobei der ursprüngliche Zweck dieses Prozesses in der Verbesserung der Oberflächenrauheit und dem Entgraten von Bauteilen bestand. In den letzten Jahren wurde das Gleitschleifen jedoch auch vermehrt zur Steigerung der Schwingfestigkeit eingesetzt. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss des Gleitschleifens auf die Randschichteigenschaften sowie der resultierenden Ermüdungsfestigkeit von Proben aus Stahl (27MnCrB5-2) und Aluminium (AW-2007) zu untersuchen und einen Ansatz für die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit gleitgeschliffener Randschichten auf Basis standardisierter Methoden abzuleiten. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf einer systematischen Analyse des Gleitschleifprozesses sowie des Effekts von unterschiedlichen Prozessparametern auf die lokalen Oberflächen- und Randschichteigenschaften der Proben. Zu diesem Zweck werden Rauheit-Zeit Verläufe experimentell erstellt und die sich ergebende Oberflächenstruktur sowie der Eigenspannungs- und Härtezustand iterativ evaluiert. Nach Ableitung der für den untersuchten Gleitschleifprozess optimalen Prozessparameter werden Proben aus Stahl und Aluminium entsprechend nachbearbeitet und in weiterer Folge zyklisch geprüft. Hierbei werden Wöhlerversuche sowohl für gleitgeschliffene als auch für nicht gleitgeschliffene Proben durchgeführt. Für beide Werkstoffe ergibt sich infolge des Gleitschleifprozesses eine gesteigerte Langzeitfestigkeit, wobei für Stahl eine Erhöhung von 24% und für Aluminium von 20% ermittelt wurde. Zur Bewertung der Ermüdungsfestigkeit wurde das standardisierte Berechnungsschema der FKM-Richtlinie verwendet, wobei die im Zuge der experimentell ermittelten Randschichteigenschaften berücksichtigt worden sind. Die Ergebnisse zeigen eine Unterschätzung der Langzeitfestigkeit von 1% für die Stahl- und 11,5% für die Aluminiumproben, womit eine zuverlässige und konservative Bewertung anhand der vorgestellten Methodik möglich ist. Als Basis für fortführende Analysen, zur Vertiefung des Wissens über den Gleitschleifprozess und deren Auswirkungen auf die Oberflächen- und Randschichteigenschaften, werden abschließend Empfehlungen für weitere mögliche Parameterstudien und Untersuchungen gemacht.

KW - vibratory finishing

KW - fatigue strength

KW - surface roughness

KW - residual stresses

KW - hardness

KW - Gleitschleifen

KW - Ermüdungsfestigkeit

KW - Oberflächenrauheit

KW - Eigenspannungen

KW - Härte

M3 - Masterarbeit

ER -