Funktionalisierte Randzone für belastungsorientiertes Ermüdungsverhalten gehärteter Bauteile

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Breidenstein; Dr.-Ing. Florian Pape; Professor Dr.-Ing. Gerhard Poll
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468005437

Aufgrund des weltweiten ökonomischen und ökologischen Wandels ist der Einsatz von innovativen umwelt- und ressourcenschonenden Technologien notwendig. Insbesondere in der Fertigungstechnologie bestehen Potentiale zur Prozessoptimierung, welche noch nicht vollständig verstanden sowie auch nicht vollständig ausgenutzt werden. So lassen sich beispielsweise durch die Verfestigung der Bauteilrandzone von zyklisch beanspruchten Bauteilen Druckeigenspannungen einbringen. Deren positive Auswirkungen auf die Lebensdauer sind seit Langem bekannt. Der Eigenspannungstiefenverlauf lässt sich durch den innovativen Hartdrehwalzprozess, bei dem der durch Drehen erzeugte Wärmeeintrag für einen simultan durchgeführten Festwalzprozess genutzt wird, beeinflussen. Eine Anwendung des Hartdrehwalzprozesses an Wälzlagern sollte rechnerisch ermittelte, längere Lagerlebensdauern erzielen. Prüfstandversuche zeigten, dass ein sehr hohes Maximum und eine große Eindringtiefe der Druckeigenspannungen allein nicht lebensdauersteigernd wirken. Ursache hierfür könnte der nicht gezielt steuerbare Wärmeeintrag in das Bauteil und die daraus resultierende Veränderung der Bauteilrandzone sein. In bisherigen Untersuchungen erfolgte keine ganzheitliche Betrachtung der Bauteilrandzone und deren Wirkzusammenhänge auf die Bauteillebensdauer. Für das hier beantragte Vorhaben wird die Arbeitshypothese aufgestellt, dass dem Wärmeeintrag beim Drehwalzen eine entscheidende Rolle zukommt und eine ganzheitliche Betrachtung der Bauteilrandzone notwendig ist. Es gilt zu erforschen, inwieweit die thermomechanische Bearbeitung die Randzone im Ganzen beeinflusst und inwiefern einzelne Eigenschaften der Randzone, wie die Eigenspannungen, die Texur, das Gefüge und sein Verfestigungszustand, die Ermüdung unter zyklischer Belastung beeinflussen und welche Wirkzusammenhänge bestehen. Darauf aufbauend sollen optimierte Randzoneneigenschaften definiert, gezielt eingestellt und deren positiver Einfluss auf die Ermüdungslebensdauer verifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen