Verfestigungsstrahlen von Zahnrädern

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Verfestigungsstrahlen von Zahnrädern"

Robert Ursler
vor 5 Jahren
Abrufe

1 OSK Verfestigungsstrahlen von Zahnrädern Zahnräder werden durch Biegespannung, Hertz`sche Spannung und Kontaktreibung belastet. Diese Belastungen führen zu: - Rissen und Brüchen im Zahnfuß - Pitting auf den Zahnflanken - Verschleiß (Graufleckigkeit und Auskolkung) auf den Zahnflanken Verfestigungsstrahlen - steigert die Zahnfußfestigkeit - steigert die Zahnflankenfestigkeit - reduziert den Zahnflankenverschleiß - ertüchtigt geschädigte Verzahnungen infolge von Wärmebehandlung, Entkohlung und Schleifbrand Verfestigungsstrahlen - induziert Druckeigenspannungen in der Randschicht - verändert die Oberflächentopographie - verändert das Gefüge in der Randschicht - steigert die Härte in der Randschicht 40 41

OSK Verfestigungsstrahlen von Zahnrädern Ziel der Maßnahme Zahnräder unterliegen gleichzeitig mehreren Beanspruchungsarten wie Biegespannung, Hertz`sche Spannung und Kontaktreibung.

2 OSK Verfestigungsstrahlen von Zahnrädern Ziel der Maßnahme Zahnräder unterliegen gleichzeitig mehreren Beanspruchungsarten wie Biegespannung, Hertz`sche Spannung und Kontaktreibung. Diese Belastungen führen zu Rissen und Brüchen im Zahnfuß und zu Pitting (Grübchenbildung) und/oder Verschleiß auf den Zahnflanken. Zahnfußbruch und Pitting können durch angepasste Druckeigenspannungen verhindert werden. Der Verschleiß kann durch Steigerung der Härte in der Randschicht und durch bessere Laufeigenschaften (z.b. bessere Schmierung) reduziert werden. Oberflächenhärtung mit anschließendem Verfestigungsstrahlen erfüllt diese Bedingungen. Durch die Oberflächenhärtung (Einsatzhärtung) der Verzahnung werden Druckeigenspannungen in der Randschicht induziert, die Zahnbruch, Pitting und Verschleiß verhindern bzw. vermindern. Verfestigungsstrahlen erhöht die Druckeigenspannungen in der Randschicht erheblich (siehe Seite 42), steigert die Härte durch die Gefügeumwandlung (siehe Seiten 43 und 44) und ändert die Oberflächentopographie (siehe Seite 48) zur Verbesserung der Laufeigenschaften. Verfestigungsstrahlen ist besonders wirkungsvoll, wenn nach der Wärmebehandlung noch geschliffen wird und/oder stoßartige Belastungen auftreten. Verfestigungsstrahlen ist kein Ersatz für die Wärmebehandlung sondern eine ergänzende Maßnahme im Anschluss an die mechanische Bearbeitung der Verzahnung

3 Tiefenverlauf der Druckeigenspannung nach dem Einsatzhärten und Verfestigungsstrahlen [ N/mm² ] 16 Mn Cr 5, einsatzgehärtet Eigenspannung ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 [mm] Randabstand = ungestrahlt = verfestigungsgestrahlt Die durch Verfestigungsstrahlen induzierten Druckeigenspannungen haben einen sehr hohen Wert unmittelbar an und unter der Oberfläche und sind sehr vorteilhaft bei Biege- und Stoßbelastungen. Sie überlagern sich mit den durch die Wärmebehandlung erzeugten Druckeigenspannungen die an der Oberfläche deutlich abfallen. 42

Restautenit nach dem Einsatzhärten und Verfestigungsstrahlen [%] 25 20 Ni Cr Mo 8, einsatzgehärtet

verfestigungsgestrahlt Verfestigungsstrahlen wandelt Restaustenit in Martensit um und steigert dadurch

4 Restautenit nach dem Einsatzhärten und Verfestigungsstrahlen [%] Ni Cr Mo 8, einsatzgehärtet Einsatztiefe = 2 mm 20 Restaustenit ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 [mm] Randabstand = ungestrahlt = verfestigungsgestrahlt Verfestigungsstrahlen wandelt Restaustenit in Martensit um und steigert dadurch die Härte in der Randschicht. Die Verschleißfestigkeit wird erhöht, ohne Einbußen der Festigkeit und/oder Zähigkeit. 43

Härte nach dem Einsatzhärten und Verfestigungsstrahlen [HV 0,05] 16 Mn Cr 5 E, Restaustenitgehalt 40% 1100 1000 Randhärte 900 800 700 0 50 100 150 [µm] Randabstand = geschliffen

5 Härte nach dem Einsatzhärten und Verfestigungsstrahlen [HV 0,05] 16 Mn Cr 5 E, Restaustenitgehalt 40% Randhärte [µm] Randabstand = geschliffen = verfestigungsgestrahlt Strahlkenngrößen Strahlmittel : Stahldrahtkorn, rund (G3), 0,6 mm Ø, 60 HRC Strahlmittel-Bedeckungsgrad : 2 x t 98 % Strahlintensität : 0,18 0,22 mm A 44

6 Verfestigungsstrahlen und Zahnfußfestigkeit [ N/mm² ] Cr Ni 6, einsatzgehärtet 900 Biegespannung Lastwechsel Kennlinie Radius R [mm] Bearbeitung Strahlmittel Strahlmittelhärte [ HRC ] 1,0 gefräst 0,6 gefräst 1,0 kugelgestrahlt Stahldrahtkorn, rund (G3) 48 0,6 kugelgestrahlt Stahldrahtkorn, rund (G3) 48 0,6 kugelgestrahlt Stahlguss 45 ohne Kontrolle 0,6 kugelgestrahlt Stahlguss, rund 55 Nur sauberes Strahlmittel mit zulässiger Körnung, Kornform und Härte, liefern beim Verfestigungsstrahlen das geforderte Strahlergebnis. Das Strahlmittel muss sauber, möglichst kugelrund und einheitlich groß sein. Das Strahlmittel soll mindestens die Härte des Strahlgutes (Bauteiles) haben. 45

Verfestigungsstrahlen und Zahnfußfestigkeit [ kn ] 2000 20 Cr Mo 2, einsatzgehärtet Biegespannung 1500 1000 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 Lastspielzahl = gefräst = verfestigungsgestrahlt Die

7 Verfestigungsstrahlen und Zahnfußfestigkeit [ kn ] Cr Mo 2, einsatzgehärtet Biegespannung Lastspielzahl = gefräst = verfestigungsgestrahlt Die Einzelzahnbiegeversuche mit unterschiedlichen Zahnfußausführungen zeigen eine Steigerung der Zahnfußfestigkeit um ca % in Abhängigkeit von Kerb- und Formfaktor sowie in Abhängigkeit von den Strahlkenngrößen beim Verfestigungsstrahlen. 46

Verfestigungsstrahlen und Zahnflankenfestigkeit [ N/mm² ] 16 Mn Cr 5, einsatzgehärtet Restaustenitgehalt 40 % 2100 2000 Zahnflankenpressung 1900 1800 1700 1600 1500 10 6 10 7 10 8 Lastwechsel =

8 Verfestigungsstrahlen und Zahnflankenfestigkeit [ N/mm² ] 16 Mn Cr 5, einsatzgehärtet Restaustenitgehalt 40 % Zahnflankenpressung Lastwechsel = geschliffen = verfestigungsgestrahlt Strahlkenngrößen Strahlmittel : Stahldrahtkorn, rund (G3), 0,8 mm Ø, 60 HRC Strahlmittel-Bedeckungsgrad : 2 x t 98 % Strahlintensität : 0,20 0,24 mm A Versuchsergebnis Die Zahnflankenfestigkeit wird abhängig von der Verzahnungsart, dem Gefügezustand und der Oberflächenqualität durch Verfestigungsstrahlen um ca % erhöht. 47

Ähnliche Dokumente

Einflüsse auf Werkstoff und Bauteil durch Verfestigungsstrahlen

Einflüsse auf Werkstoff und Bauteil durch Verfestigungsstrahlen S1 [ N/ Plastifizierte Zone Eigenspannung Druck Druck Zug Wirktiefe S1 [ mm Randabstand ungestrahlt verfestigungsgestrahlt Beim Verfestigungsstrahlen