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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter June 22, 2021

Influence of Turn-Rolling on the Residual Stresses and Microstructure of C45E and the Effects on Fatigue Life under Cyclic Loading

Einfluss des Drehwalzens auf die Eigenspannungen und das Gefüge von C45E und die Auswirkungen auf die Ermüdungslebensdauer bei Wechselbelastung
B. Denkena, P. Kuhlemann, B. Breidenstein, M. Keitel and N. Vogel

Abstract

The microstructure and the residual stress state have a significant influence on the service life of the component. The deep rolling process already enables a significant increase in the strength and service life of highly stressed components. By using the hybrid manufacturing process of turn rolling, the edge zone properties can be influenced to such an extent that the service life is further increased compared to conventional deep rolling. In addition to a change in the residual stress state, the use of the turning process temperature also leads to a significant grain refinement in the edge zone area, which has a positive effect on the component service life. This modification of the edge zone can be significantly influenced by the machining speed.

Kurzfassung

Das Gefüge sowie der Eigenspannungszustand beeinflussen maßgeblich die Bauteillebensdauer. Der Festwalzprozess ermöglicht bereits eine deutliche Steigerung der Festigkeit und der Lebensdauer von hochbelasteten Bauteilen. Durch die Nutzung des hybriden Fertigungsprozesses Drehwalzen lassen sich die Randzoneneigenschaften so stark beeinflussen, dass die Lebensdauer im Vergleich zum konventionellen Festwalzen weiter erhöht wird. Durch die Nutzung der Drehprozesstemperatur kommt es neben einer Veränderung des Eigenspannungszustands auch zu einer deutlichen Kornfeinung im Randzonenbereich, die einen positiven Effekt auf die Bauteillebensdauer hat. Diese Modifikation der Randzone lässt sich durch die Bearbeitungsgeschwindigkeit signifikant beeinflussen.

Acknowledgements

The authors would like to thank the German Research Foundation (DFG) for the financial support within the framework of the project “Improvement of part live span by influencing the surface integrity machined with the hybrid process combination turn-rolling”, DE 447/155-1.

Danksagung

Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die finanzielle Unterstützung im Rahmen des Projektes „Steigern der Bauteillebensdauer mittels Randzonenbeeinflussung durch die hybride Verfahrenskombination Drehwalzen“, DE 447/155-1.

References

1 Röttger, K.; Wilcke, G.; Mader, S.: Festwalzen – eine Technologie für effizienten Leichtbau. Mat.wiss. und Werkstofftechnik 36 (2005) 6, pp. 270–274, DOI:10.1002/mawe.200500876.abs10.1002/mawe.200500876.absSearch in Google Scholar

2 Breidenstein, B.: Oberflächen und Randzonen hoch belasteter Bauteile. Habilitation, Leibniz Universität Hannover, 2011. – ISBN: 9783943104318Search in Google Scholar

3 Maiß, O.: Lebensdauererhöhung von Wälzlagern durch mechanische Bearbeitung. Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2019. – ISBN: 9783959002516Search in Google Scholar

4 Schulze, V.; Hoffmeister, J.; Klemenz, M.: Correlation of Mechanical Surface Treatments, induced Surface States and Fatigue Performance of Steel Components. Proc. Eng. 19 (2011), pp. 324–330, DOI:10.1016/j.proeng.2011.11.12010.1016/j.proeng.2011.11.120Search in Google Scholar

5 Abrão, A. M.; Denkena, B.; Breidenstein, B.; Mörke, T.: Surface and subsurface alterations induced by deep rolling of hardened AISI 1060 steel. Prod. Eng. 8 (2014) 5, pp. 551–558, DOI:10.1007/s11740-014-0539-x10.1007/s11740-014-0539-xSearch in Google Scholar

6 Altenberger, I.; Scholtes, B.; Martin, U.; Oettel, H.: Cyclic deformation and near surface microstructures of shot peened or deep rolled austenitic stainless steel AISI 304. Mat. Sc. Eng. A 264 (1999) 1, pp. 1–16, DOI:10.1016/S0921-5093(98)01121-610.1016/S0921-5093(98)01121-6Search in Google Scholar

7 Altenberger, I.; Nikitin, I.: Alternative mechanische Oberflächenbehandlungsverfahren zur Schwingfestigkeitssteigerung. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung 59 (2004) 4, pp. 269–276, DOI:10.3139/105.10029710.3139/105.100297Search in Google Scholar

8 Cherif, A.: Analyse und Beurteilung gekoppelter thermisch-mechanischer Prozesse zur Randschichtverfestigung. Dissertation, Universität Kassel, 2011. – ISBN: 9783862191888Search in Google Scholar

9 Nikitin, I.; Altenberger, I.; Cherif, M. A.; Juijerm, P.; Maier, H. J.; Scholtes, B.: Festwalzen bei erhöhten Temperaturen zur Steigerung der Schwingfestigkeit. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung 61 (2006) 6, pp. 289–295, DOI:10.3139/105.10039510.3139/105.100395Search in Google Scholar

10 Denkena, B.; Breidenstein, B.; Leon, L. de; Dege, J.: Development of Combined Manufacturing Technologies for High-Strength Structural Components. Advanced Mat. Res. 137 (2010), pp. 219–246, DOI:10.4028/www.scientific.net/AMR.137.21910.4028/www.scientific.net/AMR.137.219Search in Google Scholar

11 Kuhlemann, P.; Denkena, B.; Krödel, A.; Beblein, S.: Influence of thermal effects in turn-rolling. CIRP J. Manufacturing Sc. Techn. 31 (2020), pp. 294–304, DOI:10.1016/j.cirpj.2020.06.00310.1016/j.cirpj.2020.06.003Search in Google Scholar

12 Kuhlemann, P.: Drehwalzen: Grundlagen zur Lebensdauersteigerung und Verzugskompensation. Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2019. – ISBN: 9783959003926Search in Google Scholar

Published Online: 2021-06-22
Published in Print: 2021-06-30

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