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

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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).

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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).

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

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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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