Festwalzen bei erhöhten Temperaturen zur Steigerung der Schwingfestigkeit*

Kurzfassung

Das Festwalzen bei erhöhten Temperaturen stellt ein innovatives Verfahren zur Erzielung hoher Schwingfestigkeiten dar. Die erzielbaren Schwingfestigkeitssteigerungen sind jenen, die durch Kugelstrahlen, Ultraschallkugelstrahlen, konventionelles Festwalzen bei Raumtemperatur oder Laserschockverfestigung erreicht werden, häufig weit überlegen. Die vorliegenden Untersuchungen beschäftigen sich mit dem Einfluss der Festwalztemperatur auf die Lebensdauer und das Wechselverformungsverhalten eines austenitischen und eines ferritisch-perlitischen Stahls sowie einer aushärtbaren Aluminiumlegierung und zeigen auf, wie Reckalterung und Ausscheidungen gezielt zur Erzeugung hochfester Randschichten genutzt werden können. Die Untersuchungen belegen, dass derartige Behandlungen zum einen durch mikrostrukturelle Änderungen die zyklische Streckgrenze der Randschicht erhöhen und zum anderen den randnahen Druckeigenspannungszustand erheblich stabilisieren können. Die Auswirkungen des Festwalzens bei erhöhten Temperaturen auf das Raumtemperaturermüdungsverhalten der Stähle X5CrNi18-10 und C45 werden ausführlich diskutiert. Die Anwendbarkeit des Verfahrens wird auch für das Beispiel einer ausscheidungsgehärteten Aluminiumlegierung AA 6110 gezeigt.

Abstract

Deep rolling at elevated temperatures is an innovative surface treatment method for fatigue strength optimization. The fatigue strength enhancements that can be obtained through this method are in many cases superior to those obtained by shot peening, ultrasonic shot peening, laser shock peening or conventional deep rolling. The present investigations focus on the effect of deep rolling temperatures on the fatigue life and the cyclic deformation behaviour of an austenitic and a perlitic-ferritic steel where strain ageing is exploited to create high-strength surface layers. In addition, it is also shown that beneficial effects on the fatigue life through high-temperature deep rolling can be achieved for a precipitation-hardenable aluminium alloy AA6110. The present investigations demonstrate that the cyclic yield strength of surface layers is increased and that compressive residual stresses are stabilized by high temperature deep rolling. The effects of high temperature deep rolling on the fatigue strength of AISI 304 and SAE 1045 are discussed in detail. Exemplary fatigue studies are also presented for a quenched and tempered SAE 1045 steel.