Gezielte Nutzung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen in metallischen Bauteilen

Abstract

Der Eigenspannungszustand ist in vielen Fällen eine wesentliche Ursache für unerwartetes Versagen von umformtechnisch hergestellten Bauteilen im Betrieb.Die Überlagerung von Spannungszuständen in Folge der Betriebslasten mit dem Eigenspannungszustand im Bauteil ist mit den bisher verfügbaren Prognosemethoden nicht hinreichend genau abbildbar, so dass typischerweise versucht wird, den Eigenspannungszustand z. B. durch eine Wärmebehandlung zu minimieren.Allerdings haben Eigenspannungen per se auch das Potenzial, die mechanischen Eigenschaften von umformtechnisch hergestellten Bauteilen zu verbessern. Dieses bisher ungenutzte Potenzial ist das übergreifende Ziel des DFG-Schwerpunktprogramms 2013, aus dem heraus das vorliegende Sonderheft entstanden ist. EinleitungJedes durch Umformen hergestellte Bauteil weist einen durch die Fertigung bedingten Eigenspannungszustand auf. Laut Definition werden mechanische Spannungen als Eigenspannungen bezeichnet, wenn im Bauteil ein Temperaturgleichgewicht besteht und keine äußeren Kräfte oder Momente einwirken. Umformprozesse induzieren typischerweise Kräfte, die zu einer plastischen Verformung des Bauteils führen [1]. Nach dem Entlasten bzw. Öffnen der Werkzeuge verformt sich das Werkstück so lange, bis es im mechanischen Gleichgewicht ist und somit die Eigen-

Numerical investigation of hot bulk forming processes with respect to the resulting residual stress distribution

“…In particular, the analysis of residual stresses induced within the manufacturing process is the subject of current scientific investigations, see e.g. [1][2][3].…”

On the three‐dimensional numerical analysis of residual stresses on two scales in hot bulk forming parts

“…It is common to reduce unwanted residual stresses, that is, tensile stresses in regions near the surface, by subsequent treatments of the component, for instance by shot peening or induction hardening. In order to achieve a more time efficient and cost and energy saving production process, current works focus on the targeted induction of residual stresses during the manufacturing process [1,3,4]. Especially, hot bulk forming processes with an integrated heat treatment of the component offer a good possibility to adapt the residual stresses during the component's manufacturing since it enables to exploit interactions of thermal, mechanical and metallurgical kind [5].…”