Mechanismenanalyse zur Einstellung von Randzonenmodifikationen infolge mechanischer Beanspruchungen

Von:

Sven Metin Kuschel

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Die gezielte Einstellung von Randzoneneigenschaften zur Erzeugung spezifischer funktionaler Bauteileigenschaften stellt eine große Herausforderung an die Fertigungstechnik dar. Sie werden üblicherweise mit den Eingangsgrößen des verwendeten Fertigungsprozesses korreliert, sodass keine genaue Kenntnis der Wechselwirkungen im Werkstoff vorliegt. Es folgt eine iterative Näherung an die zu erzielenden Bauteileigenschaften. Das Konzept der Prozesssignatur bietet hierfür einen Lösungsansatz an. Es ist jedoch zwingend erforderlich, durch Untersuchungen der Prozesse geeignete Größen zur Beschreibung des Beanspruchungszustandes und dessen Korrelation mit Änderungen von Werkstoffmodifikationen zu identifizieren. In dieser Arbeit wurden Beanspruchungsgrößen zur ingenieursmäßigen Beschreibung mechanischer Wirkungen und deren Beeinflussung durch entkoppelte thermische Wirkung untersucht. Dazu wurden Experimente und FE-Simulationen eingesetzt, um den Festwalzprozess bei erhöhten Temperaturen zu analysieren. Der Prozess wurde unter gezielter Einstellung der Werkstücktemperatur analysiert. Die Ergebnisse wurden einer Modifikationsanalyse zur Validierung des Prozessmodells unterzogen. Modellparameter wurden durch zyklische Zug-Druck-Versuche abgeleitet. Die verwendeten Material- und Prozessmodelle sind in der Lage, experimentelle Oberflächen- und Randzoneneigenschaften hinsichtlich der Spurbreite und der Eigenspannung zu reproduzieren. Aus der Analyse der erstellten Prozesssimulation hinsichtlich des Beanspruchungszustands konnten funktionelle Zusammenhänge zum Eigenspannungszustand für unterschiedliche Temperaturniveaus dargestellt werden. Abschließend sind Komponenten der Prozesssignaturen für den Linearfestwalzprozess generiert und die Wirkkette beschrieben worden.