Verbesserung der Randschichtfestigkeit spröder Werkstoffe durch Kugelstrahlen

© Foto Felizitas Gemetz / Fraunhofer IWM

Kugelstrahlen ist eine weit verbreitete Oberflächenbehandlung zur Steigerung der statischen und zyklischen Festigkeit metallener Bauteile. Genutzt werden hierbei die mechanische Verfestigung der Randschicht und der Einbau günstiger Druckeigenspannungen. Bei spröden Werkstoffen wurde es als nicht aussichtsreich, eher als schädlich angesehen und demzufolge nicht angewandt. Die Erfahrung sagt, dass spröde Materialien wie Keramiken bei Raumtemperatur brechen und nicht deformieren. Die im Fraunhofer IWM durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass unter bestimmten Randbedingungen auch in spröden keramischen Werkstoffen hohe Druckeigenspannungen bis über 2 GPa durch Kugelstrahlen eingebracht werden können. Damit können oberflächennahe Festigkeitseigenschaften auch in Bauteilen Keramiken, Hartmetall oder Hartchromschichten drastisch verbessert, Verzug ausgeglichen oder dünnwandige Bauteile sogar spanlos geformt werden.

 

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Leistungen

Beispiele

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Leistungen

Durchführung von Machbarkeitsuntersuchungen
Ermittlung optimaler Kugelstrahlparameter
Eigenspanungsuntersuchungen
Bestimmung randschichtnaher Festigkeitseigenschaften wie Härte, Versetzungsdichte Bruchzähigkeit
Bestimmung anwendungsnaher Festigkeitseigenschaften wie statische und zyklische Tragfähigkeit
Kleinserienbehandlung
Untersuchungen zum Richten und zur Kugelstrahlformgebung

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Beispiele

© Foto Fraunhofer IWM

Eigenspannungen in Keramik und Hartmetall nach Kugelstrahlen

© Foto Fraunhofer IWM

Unterdrückte Rissbildung in Keramik und Hartchrom nach Kugelstrahlen

© Foto Fraunhofer IWM

Links: Kompensation von Bearbeitungsschäden in keramischen Lagerrollen durch Kugelstrahlen. Rechts: Erhöhung der Standzeit von Hartmetallbohrern durch Kugelstrahlen.

Literaturauswahl

Pfeiffer, W.; Wenzel, J.; Shot peening of brittle materials – status and outlook; Material Science Forum 638-642 (2010) 799-804 Link

Pfeiffer, W., Frey, T.; Steigerung der Randschichtfestigkeit von Keramik durch Kugelstrahlen;Technische Keramische Werkstoffe, Kap.3.7.3.5,  Kriegsmann, J.; (Hrsg.) Deutscher Wirtschaftsdienst, Köln (2005) 1-28 Link

Pfeiffer, W.; Gumbsch, P.; Strengthening of silicon nitride ceramics by shot peening; International journal of materials research 97/12 (2006) 1673-1678 Link

Pfeiffer, W.; Koplin, C.; Reisacher, E.; Wenzel, J.; Residual stresses and strength of hard chromium coatings; Materials Science Forum 681 (2011) 133-138; Link

Pfeiffer, W.; Höpfel, H., Peen forming of ceramics - a new chipless shaping technique, Developments in Strategic Materials and Computational Design V: A Collection of Papers Presented at the 38th International Conference on Advanced Ceramics and Composites 2014, Ceramic engineering and science proceedings 35/8; Kriven, W.M.; Zhu, d.; Moon, K.I.; Hwang, T.; Wang, J.; Lewinsohn C.; Zhou, Y. (Eds.); John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA (2015) 229-236 Link

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