Bestimmung steiler Spannungsprofile*
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H. Behnken
Dr.-Ing
Herfried Behnken , geb. 1957, studierte Physik an der RWTH Aachen. Dipl.-Phys. 1987, Dr.-Ing. 1992. Tätigkeiten vorwiegend am Institut für Werkstoffkunde der RWTH Aachen.Professor Dr. Dr.-Ing. E. h.
Viktor Hauk arbeitet seit vielen Jahren am Institut für Werkstoffkunde der RWTH Aachen speziell über zerstörungsfreie Prüfung und Eigenspannungen. Wissenschaftliche und Industrie-Tätigkeit bei Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt (DVL) in Berlin-Adlershof und Mannesmannröhren-Werke in Düsseldorf.
Abstract
Als Beitrag zur Bestimmung von zwei- und dreiachsigen Eigenspannungszuständen in Oberflächenbereichen wurde eine Gemeinschaftsuntersuchung initiiert. Die röntgenographischen Gitterdehnungsmessungen von der Oberfläche aus, also ohne Abtragen von Schichten, wurden von 12 Institutionen von Universitäten, Forschungsinstituten und der Industrie vorgenommen. Proben aus dem einsatzgehärteten Stahl 16MnCr5 und aus der Keramik Si 3N4 wurden durch unterschiedliches Schleifen an der Oberfläche verformt. Abweichungen der absoluten Werte der Linienlagen waren die Folge der teilweise sehr breiten Interferenzen und der Wahl der Interferenz-Lage-Bestimmung. Die von einigen Teilnehmern vorgenommene Auswertung der Eigenspannungsprofile führte nicht zu einem einheitlichen Bild. Vorgegebene Profile der Eigenspannungen in Abhängigkeit von der Entfernung von der Oberfläche wurden für zwei Gitterebenenscharen in entsprechende Verteilungen der Gitterebenenabstände transformiert. Diese wurden nach verschiedenen Ansätzen ausgewertet. Hierbei war die Übereinstimmung der berechneten Spannungsprofile gut. Aus den Ergebnissen der Gemeinschaftsuntersuchung folgen die Bedingungen, der notwendige Messaufwand und die Auswertemethoden zur sicheren Ermittlung von steilen Spannungsgradienten.
Abstract
A common task was initiated as a contribution to the problem of the determination of bi- and triaxial residual stress states in surface-near zones. The X-ray lattice-strain measurements were performed from the surface, therefore without any removal of layers, by 12 institutions from universities, research institutes and from industries. Samples of the case-hardened steel 16MnCr5 and of ceramic material S were deformed on the surface by grinding procedures using different parameters. Differences of the absolute value of the peak position are the effects of the broad lines and of the choice of the peak-position determination.
The result of the stress profile evaluation, performed by some participants using their measured lattice strain distributions did not lead to uniform profiles. Supposed residual stress profiles were transformed into the respective lattice distance distributions of two lattice planes. The latter were evaluated using different formulations into residual stress profiles. The agreement of these results is good.
The conditions, the necessary measurement effort and the evaluation methods follow from these joint tests for a correct evaluation of steep residual stress gradients.
About the authors
Dr.-Ing Herfried Behnken, geb. 1957, studierte Physik an der RWTH Aachen. Dipl.-Phys. 1987, Dr.-Ing. 1992. Tätigkeiten vorwiegend am Institut für Werkstoffkunde der RWTH Aachen.
Professor Dr. Dr.-Ing. E. h. Viktor Hauk arbeitet seit vielen Jahren am Institut für Werkstoffkunde der RWTH Aachen speziell über zerstörungsfreie Prüfung und Eigenspannungen. Wissenschaftliche und Industrie-Tätigkeit bei Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt (DVL) in Berlin-Adlershof und Mannesmannröhren-Werke in Düsseldorf.
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Die Autoren danken allen am gemeinsamen Projekt mitwirkenden Fachleuten für das unermüdliche Engagement.
Literatur
1 Behnken, H.; Hauk, V.: Determination of steep stress gradients by X-ray diffraction – results of a joint investigation. Mater. Sci. Eng. A 300 (2001), S. 41–51.10.1016/S0921-5093(00)01791-3Search in Google Scholar
2 Behnken, task group. H.; The Hauk, Sixth V.: Int. Steep Conf. stress Residual gradients, Stresses, their ICRS-evaluation 6, IOM Comby a munications Ltd., London, Vol. 1, 2000, S. 277–282.Search in Google Scholar
3 Hauk, V.: Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods. Elsevier, Amsterdam, 1997.Search in Google Scholar
Im Anschluss an diesen Vortrag ergab sich folgende Diskussion
D. Liedtke
Wenn Sie Messaufgaben zu bewältigen haben, haben Sie ja entsprechende Erfahrungen. Wie sehen Ihre Erfahrungen hinsichtlich der Messunsicherheit aus, wenn Sie heute aus der Praxis irgendwelche Bauteile bekommen, an denen Eigenspannungen gemessen oder sogar dann auch Spannungsprofile bestimmt werden sollen. Mit welcher Messunsicherheit muss ich dann rechnen, unter Berücksichtigung, dass die Messung unter den Prämissen stattfindet, die Sie hier dargestellt haben?
V. Hauk
Grundsätzlich ist zu sagen, dass bei guter Justierung und Eichung der Goniometer-Anlage die Unsicherheit des Spannungswertes vom Messaufwand und von der Genauigkeit der Interferenzlinienbestimmung abhängt. Die übliche Antwort ist, dass wir im Bereich von 10 MPa genau messen können. Das kann schlechter werden, wenn die Linie breiter wird. Ergebnisse größerer Streuungen wurden gezeigt, die mehr als 10 MPa betragen, weil hier sehr große Halbwertsbreiten vorliegen.
Diskussionsteilnehmer
Dr.-Ing. D. Liedtke, Robert Bosch GmbH, Stuttgart. Prof. Dr V. Hauk, Institut für Werkstoffkunde, RWTH Aachen.
© 2001 Carl Hanser Verlag, München
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