Oberflächenmodifikation unter Einsatz der Technologie des Schlagverdichtens (Machine Hammer Peenings)

Abstract

Die funktionelle Leistungsfähigkeit eines Bauteils ist im höchsten Maße durch die Eigenschaften seiner Oberfläche sowie der oberflächennahen Randschicht bestimmt. Durch eine zielgerichtete technologische Beeinflussung dieser Eigenschaften im Zuge einer Oberflächenbehandlung kann beispielsweise eine deutliche Optimierung von Verschleiß, Reibung, chemischer Widerstandsfähigkeit sowie statischer und dynamischer Festigkeit erreicht werden. Die Technologie des Schlagverdichtens (Machine Hammer Peenings, MHP) stellt eine derartige Oberflächenbehandlung dar, deren weitreichendes technologisches Potential in Hinblick auf die Steigerung der Oberflächenhärte, die Beeinflussung der Oberflächentopographie sowie die Generierung oberflächennaher Druckeigenspannungen anhand der vorliegenden Arbeit untersucht und dargestellt wird. Mit der Zielsetzung der Erweiterung des Anwendungsgebietes der MHP Technologie, welches zum gegenwärtigen Zeitpunkt in erster Linie bei der maschinellen Oberflächenglättung von Umformwerkzeugen gesehen werden kann, werden dabei mit dem rost- und säurebeständigen Stahlwerkstoff X3 CrNiMo 13 4 (1.4313) sowie dem unlegierten Vergütungsstahl C45E (1.1191) auch Werkstoffe näher betrachtet, deren Einsatzgebiete in einem breiten Feld des Hydro- sowie allgemeinen Maschinenbaus gefunden werden können. Des Weiteren wird anhand der gegenständlichen Arbeit der prozessbedingte Verlauf der Materialmodifikation im Zuge von experimentellen Untersuchungen näher betrachtet, um die dabei abgeleiteten Einflüsse gewisser Stellgrößen auf die effektiv vorliegende Materialumformung für die Optimierung von Bahnführungsstrategien zu nutzen. Mit der mechanischen Einbettung von Beschichtungsstoffen in die Materialoberfläche sowie der Oberflächenstrukturierung unter Einsatz von zweckmäßig formgestalteten MHP Werkzeugen werden zudem zwei Einsatzmethoden des vorliegenden Prozesses diskutiert, welche durchaus Potential für eine zusätzliche Erweiterung des Anwendungsspektrums der vorliegenden Technologie bieten könnten.

The functional performance of a component is heavily influenced by the properties of its surface and the metallurgical and mechanical state of the subsurface layers. Through exerting a targeted technological influence on these properties as part of a surface treatment, a significant optimization of wear, friction and chemical resistance as well as static and dynamic strength can be achieved. The technology of machine hammer peening (MHP) represents such a surface treatment with a far-reaching technological potential in terms of increasing the surface hardness, influencing the surface topography and generating near-surface compressive residual stresses, as investigated and presented in this dissertation. With the objective of extending the application area of the MHP-technology, which at the present time can be seen primarily in the mechanical surface smoothing of forming tools, materials such as the stainless and acid resistant steel material X3 CrNiMo 13 4 (1.4313) and the unalloyed quenched and tempered steel C45E (1.1191), whose areas of application can be found in a wide field of hydro- and mechanical engineering, were considered. Furthermore, this paper considers the process-related material modification in the course of experimental investigations in more detail in order to use the derived influences of certain process parameters on the actual material deformation for the optimization of machining strategies. With the mechanical embedding of coating materials in the near-surface zone of treated parts and the surface structuring using appropriate form designed MHP-tools two methods are discussed, which may well have potential for further extension of the application scope of the technology at hand.