Zum Einfluss verschiedener Oberflächenbehandlungen auf die Randschichteigenschaften und das Ermüdungsverhalten hochmanganhaltiger Stähle

Wegener, Thomas

dc.date.accessioned	2022-12-21T08:54:59Z
dc.date.available	2022-12-21T08:54:59Z
dc.date.issued	2022
dc.identifier	doi:10.17170/kobra-202210247021
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/123456789/14308
dc.description	Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2022	ger
dc.language.iso	ger	ger
dc.publisher	kassel university press
dc.rights	Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/	*
dc.subject	Hochmangan-Stahl	ger
dc.subject	Festwalzen	ger
dc.subject	TWIP-Effekt	ger
dc.subject	TRIP-Effekt	ger
dc.subject	Randschichteigenschaften	ger
dc.subject	Eigenspannungen	ger
dc.subject	Ermüdungseigenschaften	ger
dc.subject.ddc	620
dc.subject.ddc	660
dc.title	Zum Einfluss verschiedener Oberflächenbehandlungen auf die Randschichteigenschaften und das Ermüdungsverhalten hochmanganhaltiger Stähle	ger
dc.type	Buch
dcterms.abstract	Hochmanganhaltige Stähle (HMnS) sind im Vergleich zu konventionellen Stählen durch hohe Festigkeiten bei einer gleichzeitig ausgezeichneten Duktilität charakterisiert. Diese außergewöhnlichen Eigenschaften lassen sich auf die Aktivierung unterschiedlicher Verformungsmechanismen zurückführen: Neben reinem Versetzungsgleiten können eine verformungsinduzierte Zwillingsbildung (TWIP-Effekt) sowie eine verformungsinduzierte martensitische Phasenumwandlung (TRIP-Effekt) auftreten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss verschiedener Oberflächenbehandlungsverfahren auf die Randschichteigenschaften und das Ermüdungsverhalten des hochmanganhaltigen Stahls X40MnCrAl19-2 untersucht. Neben dem Kugelstrahlen kam dabei vorwiegend das Festwalzen auf unterschiedlichen Temperaturniveaus zum Einsatz. Unter Verwendung hochauflösender elektronenmikroskopischer Analysemethoden sowie der Röntgendiffraktometrie wurden tiefgehende Einblicke in die mikrostrukturellen Mechanismen der oberflächenbehandelten Randschichten gewonnen. Eine detaillierte Analyse des zyklischen Spannung-Dehnung-Verhaltens (ZSD-Verhalten) ermöglichte im Zusammenspiel mit den Randschichteigenschaften schließlich eine Bewertung der Ermüdungseigenschaften der randschichtbehandelten Zustände im Zeitfestigkeitsbereich. Die Ergebnisse zeigen, dass die Randschichten in Abhängigkeit von den untersuchten Prozesstemperaturen durch unterschiedliche Mechanismen charakterisiert sind. Während tiefe Temperaturen eine verformungsinduzierte Phasenumwandlung induzieren (TRIP-Effekt), sind die Randschichten nach Oberflächenbehandlungen bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen durch die Bildung von Verformungszwillingen (TWIP-Effekt) charakterisiert. In Abhängigkeit des Werkstoffwiderstands gegen eine plastische Verformung sind die Zustände zudem durch unterschiedliche Wirktiefen sowie Randschichthärte- und Eigenspannungstiefenprofile gekennzeichnet. Das aus den Ermüdungsversuchen abgeleitete ZSD-Verhalten ermöglicht eine auf der Wirktiefe der Oberflächenbehandlungsverfahren basierende Einteilung der untersuchten Zustände in Gruppen unterschiedlich hoher plastischer Dehnungsanteile. Der Einfluss der Wirktiefe kann über ein Rand-Kern-Modell erklärt werden, das im Zusammenspiel mit den Randschichteigenschaften eine abschließende Bewertung des Dauerschwingverhaltens in Abhängigkeit von den verschiedenen Oberflächenbehandlungsverfahren ermöglicht. Die Erkenntnisse umfassender Bruchflächenanalysen können zudem genutzt werden, um kritische Belastungsniveaus zu identifizieren, ab denen es infolge zu hoher plastischer Dehnungsanteile zu Instabilitäten der Randschichteigenschaften kommt.	ger
dcterms.abstract	Compared to conventional steels high-manganese steels (HMnS) are characterized by high strengths and a concomitantly excellent formability. These exceptional properties can be attributed to the activation of different deformation mechanisms: Besides pure dislocation slip, deformation-induced twinning (TWIP-effect) as well as a mechanically driven martensitic phase transformation (TRIP-effect) can prevail. In the present study the influence of different surface treatment processes on the near-surface properties and fatigue behavior of the highmanganese steel X40MnCrAl19-2 was investigated. Besides shot peening, deep rolling at different temperature regimes was the main surface treatment process used. By use of high resolution electron microscopic analysis as well as X-Ray diffraction profound insights into microstructural mechanisms of the surface-treated layers were obtained. A detailed analysis of the cyclic stress-strain (CSS) behavior in interaction with the near-surface properties allowed to evaluate the fatigue properties of the surface-treated conditions in the high-cycle fatigue regime. The results show that the near-surface layers are characterized by different mechanisms depending on the process temperatures investigated. While deformation induced martensitic phase transformation is promoted by low temperatures (TRIP-effect), the near-surface layers after treatments at room temperature as well as elevated temperatures are characterized by the formation of deformation twins (TWIP-effect). Depending on the resistance of the material against plastic deformation the different conditions are also featured by different effective depths as well as surface hardness and residual stress depth profiles. The CSS behavior derived from the fatigue tests allows a classification of the investigated conditions into groups of different plastic strains based on the effective depth of the surface treatment processes. The influence of the effective depth can be explained by a surface-core-model which, in interaction with the nearsurface properties, allows for a final evaluation of the fatigue behavior as a function of the different surface treatment processes. In addition, the findings of comprehensive fracture surface analyses can be used to identify critical loading levels above which instabilities in the nearsurface properties occur as a result of excessively high plastic strains.	eng
dcterms.accessRights	open access
dcterms.creator	Wegener, Thomas
dcterms.dateAccepted	2022-09-09
dcterms.extent	XXX, 254 Seiten
dc.contributor.corporatename	Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Maschinenbau
dc.contributor.referee	Niendorf, Thomas (Prof. Dr.)
dc.contributor.referee	Krupp, Ulrich (Prof. Dr.)
dc.publisher.place	Kassel
dc.relation.isbn	978-3-7376-1082-7
dc.subject.swd	Manganstahl	ger
dc.subject.swd	Oberflächenbehandlung	ger
dc.subject.swd	Festwalzen	ger
dc.subject.swd	TWIP-Stahl	ger
dc.subject.swd	TRIP-Stahl	ger
dc.subject.swd	Randschicht	ger
dc.subject.swd	Eigenspannung	ger
dc.subject.swd	Materialermüdung	ger
dc.type.version	publishedVersion
dcterms.source.series	Forschungsberichte aus dem Institut für Werkstofftechnik - Metallische Werkstoffe
dcterms.source.volume	Band 38
kup.iskup	true
kup.price	39,00
kup.series	Forschungsberichte aus dem Institut für Werkstofftechnik - Metallische Werkstoffe
kup.subject	Naturwissenschaft, Technik, Informatik, Medizin
kup.typ	Dissertation
kup.institution	FB 15 / Maschinenbau
kup.binding	Softcover
kup.size	DIN A5
ubks.epflicht	true