Laser-Heißdraht-Auftragschweißen von hybriden Schichtsystemen mit lokal angepassten Eigenschaften nach der Warmumformung

Zusammenfassung

Die Kombination von verschiedenen Werkstoffen in einem hybriden Bauteil kann die Eigenschaften lokal verbessern. Neben der Härte beeinflusst auch der Eigenspannungszustand des hochbelasteten Bauteilbereichs die Lebensdauer. Es ist daher notwendig, ihn bei der Auslegung zu berücksichtigen. Im Rahmen dieser Dissertation wird die gezielte Einstellung von Druckeigenspannungen in der Randschicht von hybriden Wellen erforscht, welche durch Laser-Heißdraht-Auftragschweißen und nachfolgender Warmumformung hergestellt werden. Zwei verschiedene Bauteildesigns, austenitische Welle mit martensitischer Beschichtung und Welle aus Baustahl mit Multimaterialbeschichtung, und verschiedene Beschichtungshöhen werden betrachtet. Es wird gezeigt, dass bei der Kombination von Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten während der Abkühlung nach der Warmumformung Dehnungsinkompatibilitäten auftreten und diese zur Einstellung von Druckeigenspannungen im oberflächennahen Bereich verwendet werden können. Ein Modell zur Vorhersage des Eigenspannungszustandes wird entwickelt und validiert. The combination of different steel alloys in a hybrid component can improve the mechanical properties locally. In addition to the hardness, the residual stress state of the highly stressed component area also influences the service life. It is therefore necessary to take the residual stress state into account. This dissertation investigates the targeted configuration of residual compressive stresses in the surface layer of hybrid shafts which are manufactured by laser hot-wire cladding and subsequent hot forming. Two different component designs, austenitic shaft with martensitic cladding and shaft made of mild steel with multi-material cladding, and different cladding thicknesses are considered. It is shown that when combining materials with different coefficients of thermal expansion, strain incompatibilities occur during cooling after hot forming and these can be used to set residual compressive stress states in the surface and subsurface region. A model for predicting the characteristics of the residual stresses is developed and compared with the experimental results.

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Bibliographische Angaben

Copyrightjahr: 2025
ISBN-Online: 978-3-69030-126-8
Verlag: TEWISS, Garbsen
Reihe: Berichte aus dem LZH
Band: 03/2025
Sprache: Deutsch
Seiten: 148
Produkttyp: Monographie

Inhaltsverzeichnis

KapitelSeiten

Titelei/Inhaltsverzeichnis Kein Zugriff Seiten I - XVI
1. Einleitung Kein Zugriff Seiten 1 - 2
1. 2.1. Herstellung hybrider Bauteile durch Laserauftragschweißen Kein Zugriff
2. 2.2. Umformung auftraggeschweißter und hybrider Bauteile Kein Zugriff
3. 2.3. Tailored Forming Prozesskette Kein Zugriff
4. 2.4. Eigenspannungszustand Kein Zugriff
5. 2.5. Beeinflussung der Eigenspannungen durch den Fertigungsprozess Kein Zugriff
6. 2.6. Wärmeausdehnungskoeffizient Kein Zugriff
1. 3.1. Motivation und Zielsetzung Kein Zugriff
2. 3.2. Lösungskonzept Kein Zugriff
1. 4.1. Bauteilgeometrie Kein Zugriff
2. 4.2. Materialien Kein Zugriff
3. 4.3. Versuchsaufbauten Kein Zugriff
4. 4.4. Mess- und Analysemethoden Kein Zugriff
1. 5.1. Analyse der chemischen Zusammensetzung Kein Zugriff
2. 5.2. Zusammenfassung der Ergebnisse Kein Zugriff
1. 6.1. Bestimmung von Prozessparametern für die Herstellung von Beschichtungen Kein Zugriff
2. 6.2. Untersuchung der Auswirkung des Querkeilwalzprozesses auf verschiedene Substrat- und Schichtgeometrien Kein Zugriff
3. 6.3. Zusammenfassung der Untersuchungen zum Laser-Heißdraht-Auftragschweißen hybrider Schichtsysteme Kein Zugriff
1. 7.1. Einfluss der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Beschichtung auf die Eigenschaften der hybriden Wellen Kein Zugriff
2. 7.2. Herstellung hybrider Wellen mit angepasstem Eigenspannungszustand Kein Zugriff
3. 7.3. Diskussion und Zusammenfassung der Ergebnisse der Eigenspannungsanalyse Kein Zugriff
1. 8.1. Modellannahmen Kein Zugriff
2. 8.2. Abmessungen im hybriden Bauteil Kein Zugriff
3. 8.3. Eigenspannungen in der hybriden Welle in radialer und tangentialer Richtung Kein Zugriff
4. 8.4. Eigenspannungen in axialer Richtung Kein Zugriff
5. 8.5. Modellierung der Eigenspannungen in hybriden Wellen aus X5CrNi18-10 Substrat mit X45CrSi9-3 Beschichtung Kein Zugriff
6. 8.6. Modellierung der Eigenspannungen in hybriden Wellen aus C22.8 miteiner Multimaterialbeschichtung aus X2CrNiMo19-12 und X45CrSi9-3 Kein Zugriff
7. 8.7. Bewertung des analytischen Modells Kein Zugriff
9. Zusammenfassung, weitere Anwendungspotentiale und Ausblick Kein Zugriff Seiten 121 - 124
Literaturverzeichnis Kein Zugriff Seiten 125 - 138
Normenverzeichnis Kein Zugriff Seiten 139 - 139
A. Anhang Kein Zugriff Seiten 140 - 148