Eigenspannungsverläufe Flankenbruch

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Motivation

Ein wirtschaftlich relevantes Schadensbild, das bei Zahnrädern auftreten kann, ist der Flankenbruch. Bei schwingenden Beanspruchungen tritt er bei hohen Zykluszahlen in der Werkstofftiefe auf. Der Bruch ist von Eigenspannungen abhängig, der bei der Wärmebehandlung des Einsatzhärtens aufgebaut wird. Aufgrund von örtlichen Unterschieden in den Abkühlungsbedingungen und Phasenumwandlungen entstehen Eigenspannungen im Stahl. Das Schadensbild vom Flankenbruch ist mit diesem Eigenspannungszustand verbunden. Da die relevanten Eigenspannungen in einem tiefen Bereich sind, liegen kaum abgesicherte Daten und Ergebnisse vor. Auslöser dafür sind die komplizierten und aufwändigen Messungen, die nicht immer zu 100% garantiert sind.

Zielstellung

• Erarbeitung der gezielten Korrelation zwischen Geometrie, Wärmebehandlungsprozess, Werkstoff und Eigenspannungen

• Erweiterung von Berechnungsansätzen zur Flankenbruchtragfähigkeit (Auffälligkeiten vom Flankenbruchmechanismen), die die Zugeigenspannungen in der Werkstofftiefe berücksichtigen

Projektinhalte

1. Durchführung von Wärmebehandlungen
2. IWM Aachen
   1. Werkstoffcharakterisierung für die Wärmebehandlungssimulation
   2. Für die Modellierung
      1. Werkstoffdaten in Abhängigkeit von Temperatur, Kohlenstoffkonzentration, Phasen
      2. Messungen von Daten mithilfe Dilatometrie
         1. Ermittlung von Fließkurven
         2. Thermische Dehnungen
         3. Umwandlungsverhalten Phasenumwandlungsverhalten/ Bestimmung von Phasenumwandlungskennwerte
   3. Eigenspannungssimulation/ Eigenwärmesimulationen
      1. Vom IWT wärmebehandelte Zahnräder werden durch das IWM anhand von Messdaten der Behandlungen und des Modellierens der Wärmebehandlung mit den ermittelten Werkstoffdaten berechnet
      2. Es folgt die Errechnung des Eigenspannungszustands im Bauteil und die Simulation der Eigenspannungszuständen
3. Projektpartner: IWT (Leibniz Institut Bremen)
   1. Fertigung und Wärmebehandlung von Zahnrädern mittels unterschiedlicher Varianten von Aufkohlungen und anschließender Erstellung von unterschiedlichen Kohlenstoffprofilen in der Tiefe
   2. Testung verschiedener Abschreckmittel
   3. Testung verschiedener Geometrien
   4. Fertigung realer Bauteile und Zahnräder
4. München
   1. Entwicklung von Rechenverfahren für Flankenbruch
      1. Verknüpfung von Eigenspannungen von Flankenbruchrisiko anhand von rechnerischen Ansätzen
      2. Analyse der Korrelation zwischen Wärmebehandlungsprozess, Geometrie, Eigenspannungszustand und Flankenbruch durch Parameter-Studien

 

Förderung