Entstehung von Eigenspannungen durch Spannungsstrahlen und ihre Auswirkung auf das Verhalten höchstfester Federstähle unter Torsionsbeanspruchung:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Siegen
Höpner und Göttert
2000
|
| Schriftenreihe: | Schriftenreihe Oberflächentechnik
7 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Zugl.: Siegen, Univ., Diss., 2000 |
| Beschreibung: | XI, 196 S. 21 cm |
| ISBN: | 3924948666 |
Internformat
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INHALTSVERZEICHNIS
SYMBOLE
UND
ABKUERZUNGEN
.
VI
1
EINLEITUNG
UND
ZIELSETZUNG
.
1
1.1
PROBLEMSTELLUNG
UND
MOTIVATION
.
1
1.2
ZIELSETZUNG
UND
ARBEITSUMFANG
.
2
1.3
AUFBAU
DER
ARBEIT
.
3
2
TECHNISCHER
HINTERGRUND
-
SCHRAUBENDRUCKFEDERN
IM
AUTOMOBILBAU
.
4
2.1
ANFORDERUNGEN
AN
PKW-ACHSFEDERN
.
5
2.2
FEDERFERTIGUNG
UND
OPTIMIERUNG
.
6
2.2.1
FEDERDESIGN
.
7
2.2.2
FEDERSTAEHLE
UND
HERSTELLUNG
DES
HALBZEUGS
.
8
2.2.3
WALZEN
UND
VERGUETEN
VON
FEDERDRAHT
.
10
2.2.4
WINDEN
VON
SCHRAUBENDRUCKFEDEM
.
.12
2.2.5
RANDSCHICHTMODIFIKATION
DURCH
VERFESTIGUNGSSTRAHLEN
.
13
2.3
MECHANISCHE
BEANSPRUCHUNG
EINER
TRAGFEDER
.
17
3
ALLGEMEINE
GRUNDLAGEN
.
20
3.1
EIGENSPANNUNGEN
.
20
3.1.1
DEFINITION
UND
EINTEILUNG
.
20
3.1.2
CHARAKTERISTISCHE
BEISPIELE
FUER
MAKRO
UND
MIKROEIGENSPANNUNGEN
.
22
3.1.2.1
MAKROEIGENSPANNUNGEN
.
22
3.1.2.2
MIKROEIGENSPANNUNGEN
.
22
3.2
GRUNDLAGEN
UND
KENNTNISSTAND
ZUM
VERFESTIGUNGSSTRAHLEN
.
23
3.2.1
VERFAHRENSBESCHREIBUNG
UND
ENERGETISCHE
BETRACHTUNG
.
24
3.2.2
MECHANISCHE
BETRACHTUNG
DES
KUGELSTRAHLENS
.
25
3.2.3
STRAHLPARAMETER
UND
IHRE
AUSWIRKUNGEN
AUF
DIE
RANDSCHICHT
.
28
3.2.3.
1
BEEINFLUSSUNG
DER
EIGENSPANNUNGSVERTEILUNG
.
28
3.2.3.2
BEEINFLUSSUNG DER RAUHEIT
UND
VON
OBERFLAECHENKERBEN
.
31
3.2.3.3
BEEINFLUSSUNG
DER
MIKROSTRUKTUR
UND
DER
RANDSCHICHTHAERTE
.
32
3.3
GRUNDLAGEN
UND
KENNTNISSTAND
ZUM
SPANNUNGSSTRAHLEN
.
33
3.3.1
PHASEN
DES
SPANNUNGSSTRAHLENS
.
34
3.3.2
VORSPANNUNGSARTEN
UND
IHRE
AUSWIRKUNGEN
AUF
DIE
EIGENSPANNUNGSVERTEILUNG
.
35
3.3.2.1
EINACHSIGES
VORSPANNEN
DURCH
EINE
NORMALKRAFT
.
36
3.3.2.2
VORSPANNEN
DURCH
EIN
BIEGEMOMENT
.
37
3.3.2.3
VORSPANNEN
DURCH
EIN
TORSIONSMOMENT
.
39
3
3.2.4
SPANNUNGSSTRAHLEN
GEKERBTER
BAUTEILE
.
41
3.4
VERHALTEN
UND
WIRKUNG
VON
EIGENSPANNUNGEN
BEI
STATISCHER
UND
DYNAMISCHER
TORSIONSBELASTUNG
.
43
3.4.1
STABILITAET
KUGELSTRAHLINDUZIERTER
MAKROEIGENSPANNUNGEN
.
44
3.4.1.1
EIGENSPANNUNGSVERSCHIEBUNGEN
DURCH
EINMALIGE
UEBERBEANSPRUCHUNG
.
44
3
4.1.2
VERHALTEN
BEI
DYNAMISCHER
BEANSPRUCHUNG
.
46
II
INHALTSVERZEICHNIS
3.4.2
DAS
KONZEPT
DER
LOKALEN
DAUERFESTIGKEIT
.
48
3.4.2.1
DER
MITTELSPANNUNGSEINFLUSS
.
48
3.4.2.2
DER
EIGENSPANNUNGSEINFLUSS
.
49
3.4.2.3
DER
OBERFLACHENEINFLUSS
.
49
3.4.2
4
ZUSAMMENGESETZTE
BEEINFLUSSUNG
DER
DAUERFESTIGKEIT
.
49
3.4.3
ERMUEDUNGSVORGAENGE
IN
DYNAMISCH
BEANSPRUCHTEN
STAEHLEN
.
5
1
3.4.3.1
ERMUEDUNGSPHASEN
.
51
3.4.3.2
ERMUEDUNG
HOCHFESTER
STAEHLE
.
53
3.4.3.3
DER
EINFLUSS
VON
DRUCKEIGENSPANNUNGEN
AUF
DIE
ERMUEDUNG
.
53
3.4.4
KERBWIRKUNGEN
IN
HOCHFESTEN
FEDERSTAEHLEN
.
53
3.4.4.1
SPANNUNGSUEBERHOEHUNG DURCH
KERBEN
.
54
3.4.4.2
AUSWIRKUNGEN
VON
KERBEN
AUF
DAS
BRUCHVERHALTEN
.
55
4
EXPERIMENTELLE
METHODEN
.
57
4.1
VERSUCHSWERKSTOFFE
UND
PROBENMATERIAL
.
57
4.1.1
CHEMISCHE
ZUSAMMENSETZUNG
DER
EINGESETZTEN
FEDERSTAEHLE
.
57
4.1.2
EINSTELLEN
DER
FESTIGKEITSNIVEAUS
DURCH
VERGUETEN
.
58
4.1.3
ERMITTLUNG
STATISCHER
FESTIGKEITSKENNWERTE
.
59
4.1.3.1
ZUGVERSUCH
.
59
4.1.3.2
QUASISTATISCHER
TORSIONSVERSUCH
.
59
4.1.4
PROBENMATERIAL
.
60
4.1.5
GEOMETRIE
DER
TORSIONSPROBEN
.
60
4.2
RANDSCHICHTMODIFIKATION
DURCH
SPANNUNGSSTRAHLEN
.
61
4.2.1
AUFBAU
DES
STRAHLSYSTEMS
.
61
4.2.2
ERMITTLUNG
DER
STRAHLPARAMETER
.
62
4.2.2.1
STRAHLMITTELGESCHWINDIGKEIT
.
62
4.2.2.2
MASSENSTROM
.
63
4.2.2.3
THEORETISCHE
ABSCHAETZUNG
DES
UEBERDECKUNGSGRADS
.
64
4.2.3
VORSPANNEN
DER
TORSIONSPROBEN
.
64
4.2.3.1
ELASTOMECHANISCHE
BESCHREIBUNG
.
64
4.2.3.2
DIE
VORSPANNVORRICHTUNG
.
65
4.2.4
DURCHFUEHRUNG
DER
STRAHLBEHANDLUNG
.
66
4.3
CHARAKTERISIERUNG
KUGELSTRAHLINDUZIERTER
RANDSCHICHTVERAENDERUNGEN
.
66
4.3.1
UNTERSUCHUNG
DER
OBERFLAECHENTOPOGRAPHIE
.
67
4.3.1.1
UNTERSUCHUNG
DER
OBERFLAECHENSTRUKTUR
MITTELS
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE
.
67
4.3.1.2
LASEROPTISCHE
ERMITTLUNG
VON
RAUHEITSKENNGROESSEN
.
67
4.3.2
MIKROHAERTEMESSUNG
ZUR
ERMITTLUNG
DER
RANDSCHICHTVERFESTIGUNG
.
67
4.3.3
ROENTGENOGRAPHISCHE
EIGENSPANNUNGSERMITTLUNG
.
68
4.3.3.
1
DAS
PRINZIP
DER
EIGENSPANNUNGSMESSUNG
MIT
ROENTGENSTRAHLUNG
.
68
4.3.3.2
BEDEUTUNG
UND
ERMITTLUNG
VON
INTERFERENZLINIENVERBREITERUNGEN
.
70
4.3.3.3
ERMITTLUNG
RICHTUNGSABHANGIGER
EIGENSPANNUNGSTIEFENPROFILE
.
71
4.3.3.4
DURCHFUEHRUNG
ROENTGENOGRAPHISCHER
MESSUNGEN
.
72
INHALTSVERZEICHNIS
M
4.4
UNTERSUCHUNGEN
ZUR
ANALYSE
DER
PHASEN
DES
SPANNUNGSSTRAHLENS
.
73
4.4.1
EXPERIMENTELLE ERMITTLUNG
DES
RUECKSTELLMOMENTS
.
73
4.4.2
BESTIMMUNG
DES
BLEIBENDEN
VERDREHWINKELS
.
73
4.4.3
IN
SITU-EIGENSPANNUNGSMESSUNGEN
.
74
4.5
ERMITTLUNG
DYNAMISCHER
FESTIGKEITSKENNWERTE
.
75
4.5.1
DAUERSCHWINGVERSUCH
.
75
4.6
UNTERSUCHUNGEN
ZUM
EIGENSPANNUNGSABBAU
.
77
4.6.1
VERHALTEN
VON
OBERFLAECHENEIGENSPANNUNGEN
.
77
4.6.2
UNTERSUCHUNG
DER
TIEFENPROFILE DAUERFESTER
PROBEN
.
78
4.7
UNTERSUCHUNGEN
ZUM
EINFLUSS
VON
OBERFLAECHENKERBEN
.
78
4.7.1
ALLGEMEINES
.
78
4.7.2
DEFINIERTES
KERBEN
MITTELS
DRAHTEROSION
.
78
4.8
UNTERSUCHUNG
DES
BRUCHVERHALTENS
.
79
5
AUSWIRKUNGEN
DES
SPANNUNGSSTRAHLENS
AUF
RANDSCHICHTEIGENSCHAFTEN
UND
BAUTEILVERHALTEN
.
80
5.1
STATISCHE
UND
DYNAMISCHE
WERKSTOFFKENNWERTE
.
80
5.2
PARAMETER DER
STRAHLBEHANDLUNG
.
81
5.3
CHARAKTERISIERUNG
DER
OBERFLAECHENTOPOGRAPHIE
.
82
5.3.1
MAKROSKOPISCHES
AUSSEHEN
DER
OBERFLAECHEN
.
83
5.3.2
RAUHEITSWERTE
ZUR
BESCHREIBUNG
DES
OBERFLAECHENZUSTANDS
.
84
5.4
,
KUGELSTRAHLBEDINGTE
RANDSCHICHTVERFESTIGUNG
.
84
5.5
EIGENSPANNUNGSVERTEILUNGEN
.
86
5.5.1
DER
EINFLUSS
DER
RANDVORSPANNUNG
AUF
DIE
EIGENSPANNUNGSPROFILE
.
86
5.5.2
DER
EINFLUSS
DER STRAHLGUTFESTIGKEIT
.
89
5.5.2.1
VERSCHIEBUNG
CHARAKTERISTISCHER
EIGENSPANNUNGSWERTE
.
89
5.5.2.2
VERSCHIEBUNG
CHARAKTERISTISCHER
TIEFENLAGEN
.
91
5.5.3
DER
EINFLUSS
DES
STRAHLMITTELDURCHMESSERS
.
92
5.5.4
DER EINFLUSS DER
PROBENGROESSE
.
94
5.6
PHASEN
DER
EIGENSPANNUNGSENTSTEHUNG
.
95
5.6.1
VERAENDERUNG
DES
LASTMOMENTS
DURCH
DIE
STRAHLBEHANDLUNG
.
95
5.6.2
BLEIBENDER
VERDREHWINKEL
DES
PRUEFBEREICHS
.
96
5.6.3
IN
SITU-SPANNUNGSMESSUNGEN
UNTER
ABGESTUFTEN
LASTSPANNUNGEN
.
97
5.6.3.1
LASTSPANNUNGSVERTEILUNG
IN
PHASE
I
.
97
5.OE.3.2
VERGLEICH
DER
IN
SITU-MESSUNGEN
MIT
BISHERIGEN
STANDARDMESSUNGEN
.
98
5.6.33
VERSCHIEBUNG
RICHTUNGSABHAENGIGER
EIGENSPANNUNGSTIEFENPROFILE
IN
PHASE
III
.
99
5.6.4
BEWERTUNG
DER
PHASEN
DES
SPANNUNGSSTRAHLENS
.
101
5.6.4.1
PHASE
I
-
VORSPANNEN
.
101
5.OE.4.2
PHASE
II
-
STRAHLEN
UNTER
VORSPANNUNG
.
101
5.6.4.3
ABSCHAETZUNG
DES
BEREICHES
ELASTISCHER
SPANNUNGSUEBERLAGERUNG
IN
PHASE
III
.
102
IV
INHALTSVERZEICHNIS
5.7
BEEINFLUSSUNG
DER
INTERFERENZLINIENHALBWERTSBREITE
.
106
5.7.1
DER
EINFLUSS
DER
RANDVORSPANNUNG
AUF
DIE
HALBWERTSBREITENPROFILE
.
107
5.7.2
DER
EINFLUSS
DER
STRAHLGUTFESTIGKEIT
.
109
5.7.3
UNTERSUCHUNG
DER
PHASEN
DER
VERSCHIEBUNG
.
110
5.8
SPANNUNGSGESTRAHLTE
PROBEN
UNTER
DYNAMISCHER
BEANSPRUCHUNG
.
111
5.8.1
IN
TORSIONSSCHWINGVERSUCHEN
ERMITTELTE
WOEHLERLINIEN
.
111
5.8.1.1
DER
EINFLUSS
DES
VORSPANNUNGSBETRAGS
.
111
5.8.1.2
DER
EINFLUSS
DER
STRAHLGUTFESTIGKEIT
.
113
5.8.1.3
DER
EINFLUSS
DES
STRAHLMITTELDURCHMESSERS
.
114
5.8.1.4
DER
EINFLUSS
DES
PROBENDURCHMESSERS
.
115
5.8.2
EIGENSPANNUNGEN
UNTER
STATISCHER
UND
DYNAMISCHER
BEANSPRUCHUNG
.
116
5.8.2.1
VERHALTEN
DER
RANDEIGENSPANNUNG
.
116
5.8.2.2
VERHALTEN
DER
EIGENSPANNUNGSTIEFENPROFILE
.
117
5.8.2.3
ABSCHAETZEN
DER
ZULAESSIGEN
RANDLASTSPANNUNG
.
119
5.8.2.4
BEEINFLUSSUNG
DER
HWB
DURCH
TORSIONSBELASTUNG
.
120
5.9
SPANNUNGSSTRAHLEN
UND
KERBWIRKUNG
.122
5.10
ERGEBNISSE
DER
BRUCHUNTERSUCHUNGEN
.
124
5.10.1
MAKROSKOPISCHE
BETRACHTUNG
DER
TORSIONSSCHWINGBRUECHE
.
124
5.10.2
MIKROSKOPISCHE
BETRACHTUNG
DES
BRUCHVERHALTENS
.
126
5.11
KORRELATIONSBETRACHTUNGEN
.129
5.11.1
GEGENUEBERSTELLUNG
DER
OBERFLAECHENEIGENSCHAFTEN
.
.129
5.11.2
MAKROSKOPISCHE
UND
MIKROSTRUKTURELLE
VERAENDERUNGEN
.
130
5.11.3
ABSCHAETZUNG
DER
LAGE
DES
BRUCHAUSGANGS
.
131
5.11.4
EINFLUSSNAHME
DURCH
SPANNUNGSSTRAHLEN
UND
KRITERIEN
ZUR
WAHL
GEEIGNETER
VORSPANNUNGSBETRAEGE
.
136
6
EIN
MODELLANSATZ
ZUR
BESCHREIBUNG
DER
EIGENSPANNUNGSPROFILE
.
139
6.1
PROBLEMATIK
DER
ANALYTISCHEN
BESCHREIBUNG
DES
KUGELSTRAHLENS
.
139
6.2
BESCHREIBUNG
DES
KUGELSTRAHLENS
.
141
6.2.1
STATISCHE
BETRACHTUNG
DER
ELASTISCH-PLASTISCHEN
VERFORMUNG
.
141
6.2.2
DYNAMISCHE
BETRACHTUNG
DES
STOSSVORGANGS
.
143
6.2.3
DARSTELLUNG
DES
EIGENSPANNUNGSVERLAUFS
.
144
6.2.3.1
VERKNUEPFUNG
DER
PLASTIFIZIERUNGSTIEFEN
MIT
DEM
EIGENSPANNUNGSPROFIL
.
144
6.23.2
BESCHREIBUNG
DES
EIGENSPANNUNGSTIEFENVERLAUFS
DURCH
EINE
ANSATZFUNKTION
.
145
6.3
BESCHREIBUNG
DES
SPANNUNGSSTRAHLENS
.
147
6.3.1
EINFLUSSNAHME
DER
VORSPANNUNG
AUF
DIE
DEFORMATIONSTIEFE
.
148
6.3.2
SPANNUNGSUEBERLAGERUNG
BEIM
ENTLASTEN
.
148
6.3.2.1
ELASTISCHES
VORSPANNEN
(PHASE
I)
.
149
6.3.2.2
KUGELGESTRAHLTE
RANDSCHICHT
-
PROBE
NOCH
UNTER
VORSPANNUNG
(PHASE
II)
.149
OE.3.2.3
ENTLASTEN
DER
PROBE
(PHASE
III)
.
150
OE.3.2.4
BERECHNUNG
DES
BLEIBENDEN
VERDREHWINKELS
.
152
6.4
VERGLEICH
DER
MODELLBETRACHTUNG
MIT
MESSUNGEN
.
152
6.4.1
ANWENDUNG
DES
MODELLANSATZES
AUF
VEROEFFENTLICHTE
MESSUNGEN
.
153
INHALTSVERZEICHNIS
V
6.4.2
VERGLEICH
DES
MODELLANSATZES
MIT
EIGENEN
MESSUNGEN
.
154
6.4.2.1
MOMENTENVERLUST
IN
PHASE
II
.
154
6.4.2.2
BLEIBENDER
VERDREHWINKEL
.
155
6.4.2.3
VARIATION
DER
VORSPANNUNG
-
FTW-UHF-V
.
155
OE.4.2.4
VARIATION
DER
FESTIGKEIT
-
ITW-HF
.
157
OE.4.2.5
VARIATION
DER
FESTIGKEIT-TMB
.
158
6.4.2.OE
VARIATION
DES
STRAHLMITTELDURCHMESSERS
-
ITW-UHF-V
.
159
OE.4.2.7
VARIATION
DES
PROBENDURCHMESSERS
-
ITW-UHF-V
.
160
6.5
MODELLKRITIK
.
160
7
DISKUSSION
.
162
7.1
BESCHREIBUNG
DER
EIGENSPANNUNGSENTSTEHUNG
BEIM
SPANNUNGSSTRAHLEN
.
162
7.1.1
KORREKTUR DER
GEMESSENEN
EIGENSPANNUNGSTIEFENPROFILE
.
162
7.1.2
MOEGLICHKEITEN
UND
GRENZEN
DER
EIGENSPANNUNGSVERSCHIEBUNG
IN
DEN
PHASEN
DES
SPANNUNGSSTRAHLENS
.
163
7.1.2.1
MAXIMALE
DRUCKEIGENSPANNUNGSBETRAEGE
.
163
7.1.2.2
VERZERRUNG
DER
EBENEN
EIGENSPANNUNGSVERTEILUNG
.
165
7.1.2.3
ZUORDNUNG
DER
PROFILVERSCHIEBUNGEN
ZU
DEN
PROZESSPHASEN
.
165
7.1.2.4
WAHL
EINER
GEEIGNETEN
RANDVORSPANNUNG
.
167
7.1.2.5
DER
EINFLUSS
DER
RANDVORSPANNUNG
BEI
GLEICHZEITIGER
VARIATION
WEITERER
PROZESSPARAMETER
.
167
7.1.3
MODELLBESCHREIBUNG
DER
EIGENSPANNUNGSENTSTEHUNG
BEIM
KUGEL
UND
BEIM
SPANNUNGSSTRAHLEN
.
168
7.1.3.1
KUGELSTRAHLEN
.
168
7.1.3.2
SPANNUNGSSTRAHLEN
.
169
7.2
EINFLUSSNAHME
DES
SPANNUNGSSTRAHLENS
AUF
DYNAMISCHE
FESTIGKEIT
UND
BRUCH
VERHALTEN
.
171
7.2.1
VERHALTEN
VON
MAKROEIGENSPANNUNGEN
UND
HALBWERTSBREITEN
UNTER
MECHANISCHER
BEANSPRUCHUNG
.
172
7.2.1.1
OBERFLAECHEN
WERTE
BEI
ZEITFEST
ERTRAGENER
BEANSPRUCHUNG
.
172
7.2.1.2
TIEFENPROFILE
BEI
DAUERFEST ERTRAGENER
BEANSPRUCHUNG
.
172
7.2.2
AUSWIRKUNG
DER
RANDSCHICHTMODIFIKATION
DURCH
SPANNUNGSSTRAHLEN
AUF
DAS
ERMUEDUNGSVERHALTEN
BEI
TORSIONSBEANSPRUCHUNG
.
174
7.2.2.1
AUSWIRKUNG
DES
SPANNUNGSSTRAHLENS
AUF
DAS
ERMUEDUNGS
VERHALTEN
GLATTER
PROBEN
.
174
7.2.2.2
DER
EIGENSPANNUNGSEINFLUSS
-
WAHL
EINER
GEEIGNETEN
VORSPANNUNG
.
178
7.2.2.3
DER
FESTIGKEITSEINFLUSS
.
179
7.2.2.4
GROESSEN-,
OBERFLAECHEN-UND
KERBEINFLUSS
.
180
7.3
ABSCHLIESSENDE
BEWERTUNG
DES
SPANNUNGSSTRAHLENS
.182
8
ZUSAMMENFASSUNG
.
184
9
LITERATURVERZEICHNIS
.
187 |
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