Untersuchung zur Stabilität von kugelstrahlbedingten Eigenschaften bei isothermer und zyklisch-thermischer Beanspruchung
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Peter Scheibel
- Abgabedatum: September 1999
- Umfang: 84 Seiten
- Dateigröße: 6,7 MB
- Note: 1,7
- Institution / Hochschule: Universität Kassel Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-2978-2
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-2978-2 P - ISBN (CD) :978-3-8324-2978-2 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Scheibel, Peter September 1999: Untersuchung zur Stabilität von kugelstrahlbedingten Eigenschaften bei isothermer und zyklisch-thermischer Beanspruchung, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Kugelstrahlen, Randschichteigenschaften, thermisches Abbauverhalten, hochlegierte Stähle, Eigenspannung
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Diplomarbeit von Peter Scheibel
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:
| 1. | Einleitung | 1 |
| 2. | Grundlagen | 2 |
| 2.1 | Warmfeste und hochwarmfeste Stähle | 2 |
| 2.2 | Einfluß der Legierungselemente auf die Eigenschaften von Stahl | 3 |
| 2.3 | Randschichtveränderung durch mechanische Oberflächenbehandlung | 5 |
| 2.3.1 | Kugelstrahlen | 5 |
| 2.3.2 | Parameter des Kugelstrahlens | 5 |
| 2.3.2.1 | Strahlmittel | 5 |
| 2.3.2.2 | Überdeckungsgrad | 6 |
| 2.3.2.3 | Auftreffwinkel | 6 |
| 2.3.3 | Einfluß der Parameter auf kugelstrahlbedingte Eigenspannungen | 7 |
| 2.4 | Definitionen von Eigenspannungen | 7 |
| 2.4.1 | Kugelstrahlbedingte Eigenspannung | 8 |
| 2.5 | Thermischer Eigenspannungsabbau | 9 |
| 2.5.1 | Zener- Wert- Avrami- Beziehung | 10 |
| 3. | Untersuchungsmethoden | 12 |
| 3.1 | Röntgenographische Eigenspannungsmessung | 12 |
| 3.1.1 | Grundlagen der Röntgenbeugung | 12 |
| 3.1.2 | Röntgenographische Eigenspannungsbestimmung | 14 |
| 3.2 | Elektrolytisches Abtrageverfahren | 15 |
| 3.3 | Härtemessung | 15 |
| 3.3.1 | Härtemessung nach Vickers | 15 |
| 3.3.2 | Universalhärtemessung | 16 |
| 3.4 | Zugversuch | 17 |
| 3.5 | Metallographische Untersuchungen | 17 |
| 4. | Probenherstellung | 18 |
| 4.1 | Versuchswerkstoff | 18 |
| 4.2 | Geometrie, Wärme- und Oberflächenbehandlung | 18 |
| 4.3 | Thermische Auslagerungsversuche | 19 |
| 5. | Experimentelle Ergebnisse | 21 |
| 5.1 | Dokumentation des Ausgangszustandes | 21 |
| 5.2 | Eigenspannung und Halbwertsbreiten | 21 |
| 5.3 | Härte | 26 |
| 5.4 | Bestimmung der Aktivierungsenergie | 28 |
| 5.4.1 | Bestimmung der Aktivierungsenergie über den Eigenspannungsabbau | 28 |
| 5.4.2 | Bestimmung der Aktivierungsenergie über den Halbwertsbreitenabbau | 32 |
| 5.5 | Metallographische Untersuchungsergebnisse | 35 |
| 6. | Diskussion der Versuchsergebnisse | 38 |
| 6.1 | Einfluß der isothermen Auslagerungsbehandlung | 38 |
| 6.2 | Einfluß der zyklisch- thermischen Auslagerungsbehandlung | 41 |
| 6.3 | Einfluß der Auslagerungsbehandlungen auf die Härte | 43 |
| 6.4 | Vergleich mit dem normalisierten Werkstoffzustand | 44 |
| 7. | Zusammenfassung | 45 |
| 8. | Literaturverzeichnis | 46 |
| 9. | Anhang | 50 |
3.5 Metallographische Untersuchungen Die metallographischen Untersuchungen wurden mit Hilfe eines Auflichtmikroskops, bzw. mit dem Bildanalyseprogramm Digitrace der Fa. Imatec vorgenommen. Das zu untersuchende Gef wurde durch verschiedene tzverfahren sichtbar gemacht. F r die qualitativen Beurteilungen des Gef ges wurde eine 3%- ige Nitall sung verwendet, die 10 Sekunden bei Raumtemperatur angewendet wurde /42/. Durch diese tzung wurde das Ferrit aufgel st, das Zementit wurde jedoch nicht angegriffen /23/. Zum Hervorheben der Karbidstruktur wurden die Proben 1 Minute bei 50 C nach Murakami tzt. Dadurch wird in Chromst len nur das Eisenkarbid Fe3C dunkel tzt, nicht aber der Ferrit, der Martensit oder das Chromkarbid /23, 43/. [...]
3.3.1 H rtemessung nach Vickers Zur Messung der Vickers rte HV wird der Eindringk rper mit definierter Pr fkraft in den Werkstoff eingedr ckt und nach vereinbarter Zeit entfernt. Der H rtewert nach Vickers ist definiert als Quotient aus der Pr fkraft F und der Oberfl che A. der nur die bleibende Verformung aus dem Eindringversuch enth lt /28/. Bei der H rtepr fung nach Vickers wird als Eindringk rper eine regelm ßige vierseitige Diamantpyramide mit einem nungswinkel von =136 benutzt /26/. Nach der R cknahme der Pr fkraft werden die Diagonalen d1 und d2 des Eindrucks gemessen und daraus der arithmetische Mittelwert d gebildet. Die Auswertung erfolgt er die Beziehung /27/ 136 2 [...]
3.1.1 Grundlagen der R ntgenbeugung Bragg deutete 1914 die Beugung von R tgenstrahlung als Reflexion: Der Prim rstrahl wird nur unter einem solchen Winkel zum Sek rstrahl reflektiert, unter dem die reflektierten Einzelstrahlen in Phase liegen /17/. Das heißt, es treten Interferenzerscheinungen auf, die sich als selektive Reflexionen der Strahlung an bestimmten Gitterebenen {hkl} mit dem Abstand D stig orientierter Kristallite interpretieren lassen. Trifft also ein monochromatisches Well del mit der Wellenl unter dem Winkel 0 auf einen Kristallgitter mit dem unverspannten Gitterebenenabstand D0, so tritt nach Beugung der R ntgenstrahlen am Gitter eine maximale Intensit t des reflektierten Strahles auf, wenn der Gangunterschied 2Dsin (n=1,2,3..) der Wellenl ge ist (siehe Bild 3.1) /35/. Es ergibt sich die Reflexionsbedingung nach Bragg: ein Vielfaches [...]
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832429782
Arbeit zitieren:
Scheibel, Peter September 1999: Untersuchung zur Stabilität von kugelstrahlbedingten Eigenschaften bei isothermer und zyklisch-thermischer Beanspruchung, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
Kugelstrahlen, Randschichteigenschaften, thermisches Abbauverhalten, hochlegierte Stähle, Eigenspannung



