Numerische Untersuchungen zur Auswirkung von Prozess- und Geometrieparametern beim Kugelstrahlen von 42CrMo4
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M. Klemenz
Kurzfassung
Kugelstrahlen ist ein mechanisches Oberflüchenbehand-lungsverfahren zur gezielten Verfestigung und Einbringung eines Druckeigenspannungszustands in die Randschicht schwingend beanspruchter Bauteile. Dies wirkt der Entstehung und Ausbreitung von Rissen entgegen und führt zu einer signifikanten Steigerung der Schwingfestigkeit. Für die Ermittlung geeigneter Strahlparameter zur optimalen Schwingfestigkeitssteigerung empfiehlt sich die Methode der Finiten Elemente, mit deren Hilfe der Einfluss einzelner Prozessparameter auf den Eigenspannungszustand nach dem Kugelstrahlen gezielt untersucht werden kann. Die vorliegende Arbeit verifiziert die Anwendbarkeit des Kugelstrahlsimulationsmodells anhand experimenteller Eigenspannungstiefenprofile kugelgestrahlter Proben aus normalisiertem und vergütetem 42CrMo4. Zudem werden für beide Würmebehandlungszustünde Variantenrechnungen der Prozessparameter Kugelgeschwindigkeit, Kugeldurchmesser, Auftreffwinkel sowie des Geometrieparameters Kerbradius vorgestellt und deren Einflüsse auf die Eigenspannungstiefenprofile diskutiert.
Abstract
Shot peening is a mechanical surface treatment inducing work hardening and compressive residual stresses into the surface layer of components underlying cyclic loading. This reduces the initiation and propagation of cracks and leads to a significant enhancement of the fatigue strength. The method of Finite Elements is recommended for the determination of appropriate shot peening parameters for optimised fatigue strength. By its use the influence of single process parameters on the residual stress state after shot peening can be evaluated. The present work verifies the applicability of the used shot peening model on the basis of experimentally determined residual stress profiles for shot peened samples of normalized and quenched and tempered AISI 4140. Additionally simulated variations of the process parameters shot velocity, shot diameter, impact angle as well as of the geometry parameter notch radius will be presented and discussed for both heat treated states.
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© 2009, Carl Hanser Verlag, München
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