Procedure for Controlled Heating that Varies in Time and Location – Fundamentals for the Future Rolling of Hardened Components at Elevated Temperatures
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Abstract
By influencing the properties of the surface and subsurface through deep rolling, the fatigue life of components can be significantly increased. However, this is largely dependent on the temperatures that occur during the process. To gain a deeper understanding of the thermal influence during hard turning, it is necessary to analyze the thermal influence decoupled from the machining process. For this reason, a method has been developed that allows the inductive heating of components to specifically study the influence of deep rolling at different temperatures. Based on simulations, the inductive heating of bearing rings was designed and implemented in a machine tool. The method allows targeted local and time-defined heating through knowledge of the coupling power and temperature control during inductive heating in a machine tool. Surface temperatures ranging from TO = 100 °C to 400 °C can be set.
Kurzfassung
Die Beeinflussung der Randzoneneigenschaften durch Festwalzen ermöglicht eine signifikante Steigerung der Lebensdauer der Bauteile. Allerdings ist diese maßgeblich von den auftretenden Temperaturen im Prozess abhängig. Um ein tiefergehendes Verständnis des thermischen Einflusses beim Hartdrehwalzen zu erlangen, ist es notwendig, den thermischen Einfluss, entkoppelt von der Zerspanung, zu untersuchen. Aus diesem Grund wurde eine Methode entwickelt, die eine induktive Erwärmung der Bauteile ermöglicht, um den Einfluss des Festwalzens bei unterschiedlichen Temperaturen zu untersuchen. Auf der Basis von Simulationen wurde die Temperatureinstellung von Wälzlagerringen mit induktiver Erwärmung ausgelegt und in einer Werkzeugmaschine realisiert. Die Methode ermöglicht die gezielte lokale und zeitlich definierte Erwärmung durch die Kenntnis der einkoppelnden Leistungen und der Temperaturführung bei induktiver Erwärmung in einer Werkzeugmaschine. Die Einstellung von Oberflächentemperatur im Bereich von TO = 100 °C bis 400 °C ist gezielt auf TO = ±20 °C möglich.
Acknowledgements
The results of this publication have been developed as a part of the project “Functionalized subsurface for load-oriented fatigue behavior of hardened components”. The authors thank the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) for the financial support of the project (BR 2967/281). The authors would also like to thank Himmelwerk for carrying out the induction heating simulations. Additionally, the authors would like to thank the “Sieglinde Vollmer Stiftung” for the financial support of this research work.
Danksagung
Die Ergebnisse dieser Publikation sind im Rahmen des Projekts „Funktionalisierte Randzone für belastungsorientiertes Ermüdungsverhalten gehärteter Bauteile“ entstanden. Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die finanzielle Unterstützung des Projekts (BR 2967/281). Ebenfalls danken die Autoren der Firma Himmelwerk für die Durchführung der Simulationen zur induktiven Erwärmung. Außerdem danken die Autoren der „Sieglinde Vollmer Stiftung“ für die finanzielle Unterstützung dieser Forschungsarbeit.
References
1 Maiß, O.: Lebensdauererhöhung von Wälzlagern durch mechanische Bearbeitung. Berichte aus dem IFW, Vol. 2, Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2019. – ISBN: 978-3-95900-251-6Search in Google Scholar
2 Jawahir, I. S.; Brinksmeier, E.; M’Saoubi, R.; Aspinwall, D. K.; Outeiro, J. C.; Meyer, D.; Umbrello, D.; Jayal, A. D.: Surface integrity in material removal processes: Recent advances. CIRP Annals 60 (2011) 2, pp. 603–626, DOI:10.1016/j.cirp.2011.05.00210.1016/j.cirp.2011.05.002Search in Google Scholar
3 Breidenstein, B.: Oberflächen und Randzonen hoch belasteter Bauteile. Berichte aus dem IFW, Vol. 11, Habilitation, Leibniz Universität Hannover, 2011. – ISBN: 978-3-943104-31-8Search in Google Scholar
4 Denkena, B.; Meyer, R.; Breidenstein, B.: Development of Combined Manufacturing Technologies for High-Strength Structure Components. Adv. Mater. Res. 22 (2007), pp. 67–75, DOI:10.4028/www.scientific.net/AMR.22.6710.4028/www.scientific.net/AMR.22.67Search in Google Scholar
5 Maiß, O.; Denkena, B.; Grove, T.: Hybrid machining of roller bearing inner rings by hard turning and deep rolling. J. Mater. Process. Technol. 230 (2016), pp. 211–216, DOI:10.1016/j.jmatprotec.2015.11.02910.1016/j.jmatprotec.2015.11.029Search in Google Scholar
6 Kuhlemann, P.: Drehwalzen: Grundlagen zur Lebensdauersteigerung und Verzugskompensation. Berichte aus dem IFW, Vol. 10, Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2019. – ISBN: 978-3-95900-392-6Search in Google Scholar
7 Cherif, A.; Scholtes, B.: Kombinierte thermische und mechanische Festwalzbehandlungen von gehärtetem und vergütetem Stahl Ck 45. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung 63 (2008) 3, pp. 155–161, DOI:10.3139/105.10045410.3139/105.100454Search in Google Scholar
8 Denkena, B.; Kuhlemann, P.; Breidenstein, B.; Keitel, M.; Vogel, N.: Influence of Turn-Rolling on the Residual Stresses and Microstructure of C45E and the Effects on Fatigue Life under Cyclic Loading. HTM J. Heat. Treatm. Mat. 76 (2021) 3, pp. 195–204, DOI:10.1515/htm-2021-000310.1515/htm-2021-0003Search in Google Scholar
9 Kuschel, S.; Kinner-Becker, T.; Zmich, R.; Sölter, J.; Meyer, D.: Modelling and Simulation of Mechanical Loads and Residual Stresses in Deep Rolling at Elevated Temperature. J. Manuf. Mater. Process. 5 (2021) 3, 76, DOI:10.3390/jmmp5030076, open access10.3390/jmmp5030076Search in Google Scholar
10 Zmich, R.; Meyer, D.: Thermal Effects on Surface and Subsurface Modifications in Laser-Combined Deep Rolling. J. Manuf. Mater. Process. 5 (2021) 2, 55, DOI:10.3390/jmmp5020055, open access10.3390/jmmp5020055Search in Google Scholar
11 Wegener, T.; Oevermann, T.; Niendorf, T.: Influence of deep rolling at different temperatures on near-surface and mechanical properties of a Maraging C250 steel. Int. J. Fatigue 185 (2024), 108358, DOI:10.1016/j.ijfatigue.2024.108358, open access10.1016/j.ijfatigue.2024.108358Search in Google Scholar
12 Nikitin, I.; Altenberger, I.; Cherif, M. A.; Juijerm, P.; Maier, H. J.; Scholtes, B.: Festwalzen bei erhöhten Temperaturen zur Steigerung der Schwingfestigkeit. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung 61 (2006) 6, pp. 289–295, DOI:10.3139/105.10039510.3139/105.100395Search in Google Scholar
13 Saalfeld, S.; Krochmal, M.; Wegener, T.; Scholtes, B.; Niendorf, T.: On the fatigue behavior of differently deep rolled conditions of SAE 1045 in the very-high-cycle fatigue regime. Int. J. Fatigue 151 (2021), 106360, DOI:10.1016/j.ijfatigue.2021.10636010.1016/j.ijfatigue.2021.106360Search in Google Scholar
14 Höhne, E.: Induktionshärten. Werkstattbücher Issue 116, Springer-Verlag, Berlin, 1955, DOI:10.1007/978-3-642-87060-610.1007/978-3-642-87060-6Search in Google Scholar
15 Spittel, M.; Spittel, T.: Steel symbol/number: 100Cr6/1.3505. Metal Forming Data – Ferrous Alloys – deformation behavior. H. Warlimont (ed.), Landolt-Börnstein – Group VIII Advanced Materials and Technologies, Vol. 2C1, Springer, Berlin, 2009, DOI:10.1007/978-3-540-44760-3_8310.1007/978-3-540-44760-3_83Search in Google Scholar
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