Biegeermuedung

Biegeermüdung, dynamische Ermüdung und ermüdungsbedingte Ausfälle in ZahnrädernSchaufelblättern und anderen Bauteilen treten nach wiederholten Be- und Entlastungszyklen auf und werden üblicherweise in Kurzzeitermüdung (LCF) und Langzeitermüdung (HCF) eingeteilt. Diese Fehler treten immer an der schwächsten Stelle eines Bauteils auf, an der hohe Spannungskonzentrationen und/oder Oberflächen-Initiationsstellen vorhanden sind.  Oberflächenrauheit und Oberflächentextur beeinflussen die Biege-/dynamische Ermüdungsbeständigkeit stark. Maschinell bearbeitete Oberflächen weisen parallele Bearbeitungsspuren auf und additiv hergestellte Oberflächen üblicherweise scharfe, v-förmige Oberflächeneigenschaften aus dem Herstellungsprozess sowie oberflächennahe Porosität. Diese Oberflächen- und oberflächennahen Merkmale sind typische oberflächeninitiierte Ermüdungs-Versagensstellen.

Es wurde gezeigt, dass die isotropen Feinstbearbeitungs-Technologien von REM die Biege-/dynamische Ermüdungsbeständigkeit durch Entfernen oder Beheben von oberflächenbedingten Versagensstellen signifikant erhöhen. Bei Zahnrad-Anwendungen wird dieser Vorteil durch die Anwendung des ISF®-Verfahrens oder des „Rapid ISF®“-Verfahrens auf Zahnradflanken- und Fußausrundungsbereichen erreicht, wodurch die grob bearbeitete Ausrundung und die fein geschliffene Flanke in isotrope Superfinish-Oberflächen umgewandelt werden. Bei additiv hergestellten Bauteilen kann das „Extreme ISF®“-Verfahren alle v-förmigen Oberflächen-Versagensstellen entfernen, wodurch je nach gewünschter endgültiger Oberflächengüte eine Oberfläche mit einer flachen, isotropen Mikrotextur oder einer mikroskopischen, leicht gewalzten und geneigten Topographie erzeugt wird. Das „Extreme ISF“-Verfahren von REM ist in der Lage, Gitterstrukturen und interne Kanäle zu polieren, wodurch die Ermüdung auch bei geometrisch komplexen Bauteilen verbessert werden kann. In beiden Fällen, sowohl bei subtraktiv bearbeiteten als auch bei additiv gefertigten Bauteilen, kann die ISF®-Technik von REM scharfe, Winkel- und v-förmige Versagensstellen auf den Bauteiloberflächen beseitigen und so die Biegeermüdungs-Beständigkeit und die Lebensdauer der Bauteile erhöhen.

 

Maschinell bearbeitete Getriebeteile zeigen üblicherweise eine um >5 % erhöhte Biegeermüdungs-Lebensdauer, wenn sowohl an der Zahnradflanke als auch an der Fußausrundung durch isotropes Superfinishing alle Bearbeitungsspuren vollständig entfernt werden können.[1] Bei additiv gefertigten Bauteilen können Steigerungen gegenüber dem Ist-Zustand um das 2-fache oder mehr und/oder beträchtliche Steigerungen der Ermüdungsfestigkeit erreicht werden.[2]

Die REM-Verfahren ISFRapid ISF und Extreme ISF können auf eine Vielzahl von Bauteilarten, -größen und Metallen angewendet werden. Diese Verfahrenstechniken sind über eine ausgelagerte Verarbeitung in einer REM-Einrichtung oder als technische Installation bei Kunden vor Ort verfügbar. Kontaktieren Sie uns noch heute, um mehr zu erfahren oder ein Projekt zu starten.

 

[1] Winkelmann, L., Michaud, M., Sroka, G., Swiglo, A., „Impact of Isotropic Superfinishing on Contact and Bending Fatigue of Carburized Steel“, SAE International Off-Highway Congress (2002), 2002-01-1391

[2] Witkin, David B., Patel, Dhruv N., Helvajian, Henry, Steffeney, Lee, Diaz, Agustin, „Surface Treatment of Powder-Bed Fusion Additive Manufactured Metals for Improved Fatigue Life“, Journal of Materials Engineering and Performance, 19. November 2018