Ertüchtigung der Strahlverfahren Mikrostrahlen und Ultraschallnassstrahlen für das Verfestigungsstrahlen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schulze
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240450756

Die Verfahren Mikrostrahlen und Ultraschallnassstrahlen bieten die Möglichkeit einer mechanischen Oberflächenbehandlung zur deutlichen Steigerung der Wechselfestigkeit von Stählen, wobei einige Vorteile gegenüber etablierten Verfahren, wie dem Kugelstrahlen, bestehen. Dazu gehört neben einer hohen Oberflächenqualität durch geringe Auswirkung der Strahlmitteleinschläge auf die Rauheit eine sehr geringe Strahlintensität, welche auch die Bearbeitung dünnwandiger Bauteile zulässt. Ein weiterer bemerkenswerter Effekt ist das Auftreten nanokristalliner Bereiche an der Oberfläche, welche sich auf die mechanischen Eigenschaften der Randschicht auswirken.In der ersten Antragsphase konnten am Modellwerkstoff Armco-Eisen die Einflussgrößen auf die Schwingfestigkeit getrennt und basierend darauf ein Materialmodell der Kornfeinung und Verfestigung für ein modifiziertes Konzept der lokalen Dauerfestigkeit entwickelt und validiert werden. In dieser zweiten Projektphase soll nun dieses Mechanismenverständnis auf den Vergütungsstahl 42CrMo4 V450 übertragen werden. Hierbei besteht zum einen die Schwierigkeit, dass eine Parametertrennung durch Wärmebehandlung wie beim Armco-Eisen, nicht möglich ist. Zum anderen können die einzelnen Zustandsgrößen des Randschichtzustands bei diesem Wärmebehandlungszustand nicht eindeutig getrennt werden. Zudem muss das stark veränderte Verformungsverhalten, welches sich ebenfalls auf den Randschichtzustand auswirkt, in den Ansätzen berücksichtigt werden. Das zu entwickelnde Konzept, welches auf Basis der bisherigen FEM-Simulation weiterentwickelt werden soll, wird ebenfalls validiert werden. Dieses soll abschließend auf eine sequentielle mechanische Oberflächenbehandlung aus Makrostrahlen plus anschließendem Mikrostrahlen bzw. Ultraschallnassstrahlen angewandt werden. Damit sollte durch die Kombination der hohen Eindringtiefen mit optimierten oberflächennahen Eigenschaften nochmals eine deutliche Steigerung der Lebensdauer auch für dickwandige Bauteile resultieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Stefan Dietrich