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Un­ter­su­chun­gen zum Ein­fluss der spanenden Bearbeitung und des Schwefelgehalts auf die Schwingfestigkeit des Vergütungsstahls 42CrMo4+QT

Beim Ein­satz von Vergütungsstählen in in­dus­tri­el­len An­wen­dungen ist das Schwingfestigkeitsverhalten von elementarer Be­deu­tung. Dieses wird in hohem Maße durch die Randzoneneigenschaften be­ein­flusst. Bei spanend hergestellten Komponenten wird die erzeugte Randzone oft den höchsten thermomechanischen Belastungen ausgesetzt, was einen Ein­fluss auf den Eigenspannungszustand, die Randzonenhärte oder die Mikrostruktur des Gefüges haben kann. In diesem For­schungs­pro­jekt wird am Bei­spiel des Einlippentiefbohrens der viel­ver­sprechende Ansatz verfolgt, die auftretenden thermomechanischen Effekte zu analysieren und zu nut­zen, um durch eine funktionsorientierte Prozessgestaltung das Ermüdungsverhalten tiefgebohrter Bauteile zu steigern. Um dieses Ziel zu erreichen, soll eine Prozessstrategie ent­wickelt wer­den, mit der die beim Einlippentiefbohren erzeugten Bohrungs-Randzoneneigenschaften gezielt be­ein­flusst wer­den kön­nen. Diese soll es er­mög­li­chen, bereits wäh­rend des Tiefbohrens die angestrebte Randzonen­integrität einzustellen und so kostenintensive nachgelagerte Ver­fah­ren zur Randzonennachbehandlung, wie bei­spiels­weise einen hydraulischen Autofrettage-Prozess, einzusparen. Als Werkstoff kommt der Vergütungsstahl 42CrMo4+QT (AISI 4140) zum Ein­satz, der in in­dus­tri­el­len An­wen­dungen, ins­be­son­de­re für Komponenten, die hohen mechanischen oder zyklischen Belastungen ausgesetzt sind, weit verbreitet ist. Dabei wer­den ver­schie­de­ne Legierungszusammensetzungen des Vergütungsstahls mit unterschiedlichem Schwefelgehalt un­ter­sucht, was sich auf die im Gefüge enthaltene Anzahl und Größe der Mangansulfide auswirkt.

Innerhalb des Projektes wer­den ex­peri­men­telle und theoretische Untersuchun­gen zur Fertigungstechnik sowie zum Werkstoffverhalten zusammengeführt und die Wei­ter­ent­wick­lung innovativer Me­tho­den zur Werkstoffprüfung voran­getrieben. In ei­nem ersten Teil des Projektes wer­den die Zu­sam­men­hän­ge zwischen den Prozessparametern, den damit einhergehenden thermomecha­nischen Effekten auf die Randzone, den erzielten Randzoneneigenschaften und der daraus resultierenden Schwingfestigkeit ex­pe­ri­men­tell un­ter­sucht. Dabei kom­men, er­gän­zend zu etablierten Ver­fah­ren zur Cha­rak­te­ri­sie­rung der erzielten Randzoneneigenschaften, auch in­no­va­ti­ve Ver­fah­ren, wie die Barkhausenrauschen-Analyse (BNA), zum Ein­satz.

Neben der mechanischen Beeinflussung prägt die bisher noch weitgehend unerforschte thermische Randzonenbeeinflussung wäh­rend des Einlippen­tiefbohrens die erzeugten Ei­gen­schaf­ten. Daher wird in der aktuellen Projekt­phase ein Versuchsaufbau ent­wickelt und eingesetzt, mit dem eine In-Prozess-Temperaturmessung wäh­rend des Tiefbohrens er­mög­licht wird. Durch diesen Versuchsaufbau kön­nen unter an­de­rem Erkennt­nisse über die maximalen Temperaturen in der Bohrungsrandzone als auch direkt an der Schneide des Einlippenbohrers ge­won­nen wer­den. Die Er­geb­nisse der ex­pe­ri­men­tel­len Un­ter­su­chun­gen wer­den in ei­nem folgenden Schritt für die Ent­wick­lung und Validierung eines numerischen Modells genutzt, mit dem die Zu­sam­men­hän­ge zwischen den Prozessparametern und der Schwingfestigkeit der tiefgebohrten Proben abgebildet wer­den kön­nen. Durch die Forschungs­ar­bei­ten soll es er­mög­licht wer­den, die dynamische Festigkeit der Komponenten, bei un­ter­schied­lichen Prozessparameterkombinationen, vorher­zusagen und durch eine gezielte Anpassung zu steigern.

© ISF
Ein­fluss der thermomechanischen Effekte wäh­rend des Einlippentiefbohrens auf die Randzonenintegrität und Schwingfestigkeit.

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Anfahrt & Lageplan

Von der A1

Vom Autobahnkreuz Dort­mund/Unna auf die A44 Rich­tung Dort­mund, diese geht in die B1 über. Ausfahrt Dort­mund-Dorstfeld, Rich­tung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

Von der A 45

Ausfahrt Dort­mund-Eichlinghofen, Rich­tung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

Alternativ kön­nen Sie sich die Anfahrt auch berechnen lassen: Google Maps.

Anreise mit der Bundesbahn bis Dort­mund oder Bochum Hbf.

Ab Dort­mund Hbf mit der S1 Rich­tung Düsseldorf bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (7 Minuten Fahrzeit).

Ab Bochum Hbf mit der S1 Rich­tung Dort­mund bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (14 Minuten Fahrzeit).

Die S-Bahn fährt in beide Richtungen regelmäßig alle 20 Minuten. Von der S-Bahn Haltestelle aus mit der H-Bahn (Haltestelle S-Uni­ver­si­tät) bis zur Haltestelle Cam­pus Süd (1 Station, fährt im 10 Minuten-Takt).

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Cam­pus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Cam­pus Nord und Cam­pus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zu­rück.

Vom Flughafen Dort­mund

Mit dem Taxi zur TU Dort­mund, Cam­pus Süd (min. 20 Min und 30,- EUR) (siehe Karte)

Vom Flughafen Düsseldorf

Mit der S-Bahn Linie S1 Rich­tung Dort­mund bis Haltestelle Dort­mund-Uni­ver­si­tät (ca. 90 Min). Von hier mit der H-Bahn Rich­tung Cam­pus Süd oder Eichlinghofen (fährt alle 10 Min) bis Cam­pus Süd (ca. 3 Min)

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Cam­pus Nord und den kleineren Cam­pus Süd. Zu­dem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

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