Abstract
Bend straightening is a typical process step applied after heat treatment of e. g. axles and shafts. From a materials science perspective it is an elastic-plastic bending operation with a characteristic inhomogeneous deformation over the cross section of the component. Due to the local amount and distribution of plastic deformation alterations of residual stress fields result and phase transformations are possible. Consequently, bend-straightened components have inhomogeneous materials properties. In particular an anisotropy of strength exists which can be attributed to the position-dependent microstructure and sign of the residual stress state. In addition, a Bauschingereffect is possible which also has considerable impact on the deformation characteristic of the considered component. In the present paper the above mentioned aspects are demonstrated for quenched and tempered steel bars and shafts. Typical examples of residual stress states before and after straightening are presented as well as alterations of retained austenite distributions. Finally, the deformation behavior and strength of bend-straightened components is outlined and discussed.
Kurzfassung
Das Biegerichten stellt einen typischen Prozessschritt dar, welcher der Wärmebehandlung von z. B. Wellen nachgeschaltet ist. Aus einer materialwissenschaftlichen Sicht stellt das Biegerichten eine überelastische Biegeoperation dar, welche über dem Querschnitt der Biegeprobe eine charakteristische inhomogene Deformation zur Folge hat. Abhängig von Höhe und Verteilung der plastischen Deformationen entstehen neue Eigenspannungszustände und martensitische Phasentransformationen sind möglich. Demzufolge liegen in gerichteten Bauteilen inhomogene Materialeigenschaften vor. So kommt es durch inhomogene Mikrostruktur und positionsabhängige Vorzeichen des lokalen Eigenspannungszustandes zu einer Festigkeitsanisotropie. Darüber hinaus ist ein Bauschinger-effekt zu erwarten, der sich wiederum entscheidend auf die Entwicklung plastischer Deformationen während der Biegeoperation auswirkt. In der vorliegenden Arbeit werden die genannten Aspekte anhand gehärteter und angelassener sowie einsatzgehärteter Bauteile gezeigt und nachvollzogen. Dazu werden typische Eigenspannungszustände und Restaustenitverteilungen vor und nach dem Biegerichten dargestellt. Schließlich werden das Deformationsverhalten und die Festigkeit gerichteter Bauteile diskutiert.
References
1. Zoch, H.-W. (Hrsg.): Contributions of the DFG Collaborative Research Centre „Distortion Engineering“. Mat.-Wiss. u. Werkstofftech.43 (2012) 1–2, p. 1–200, 10.002/mawe/201290000Zoch, H.-W. (Hrsg.): Contributions of the DFG Collaborative Research Centre „Distortion Engineering“. Mat.-Wiss. u. Werkstofftech.43 (2012) 1–2, p. 1–200, 10.002/mawe/201290000Search in Google Scholar
2. Zoch, H.-W.; Lübben, Th. (Hrsg.): Proceedings 1st Int. Conf. on Distortion Engineering, 14.-16.09.05, Bremen, Germany, 2005. – ISBN 3-88722-653-4Zoch, H.-W.; Lübben, Th. (Hrsg.): Proceedings 1st Int. Conf. on Distortion Engineering, 14.-16.09.05, Bremen, Germany, 2005. – ISBN 3-88722-653-4Search in Google Scholar
3. Zoch, H.-W.; Lübben, Th. (Hrsg.): Proceedings 2nd Int. Conf. on Distortion Engineering, 17.-19.09.08, Bremen, Germany, 2008. – ISBN 978-3-88722-697-8Zoch, H.-W.; Lübben, Th. (Hrsg.): Proceedings 2nd Int. Conf. on Distortion Engineering, 17.-19.09.08, Bremen, Germany, 2008. – ISBN 978-3-88722-697-8Search in Google Scholar
4. Zoch, H.-W.; Lübben, Th. (Hrsg.): Proceedings 3 rd Int. Conf. on Distortion Engineering, 14.-16.09.11, Bremen, Germany, 2011. – ISBN 978-3-88722-724-1Zoch, H.-W.; Lübben, Th. (Hrsg.): Proceedings 3 rd Int. Conf. on Distortion Engineering, 14.-16.09.11, Bremen, Germany, 2011. – ISBN 978-3-88722-724-1Search in Google Scholar
5. Paul, M.; Vogel, W.: Richten einsatzgehärteter Bauteile. HTM Haerterei-Techn. Mitt.45 (1990) 2, p. 90–97Paul, M.; Vogel, W.: Richten einsatzgehärteter Bauteile. HTM Haerterei-Techn. Mitt.45 (1990) 2, p. 90–97Search in Google Scholar
6. Thiel, S.: Automatisierung des Biegerichtens. Springer, Berlin, 1988. – ISBN 3-540-50432-XThiel, S.: Automatisierung des Biegerichtens. Springer, Berlin, 1988. – ISBN 3-540-50432-X10.1007/978-3-642-83634-3Search in Google Scholar
7. Mitze, M.: Richten gehärteter Teile. HTM Haerterei-Techn. Mitt.55 (2000) 2, p. 125–129Mitze, M.: Richten gehärteter Teile. HTM Haerterei-Techn. Mitt.55 (2000) 2, p. 125–129Search in Google Scholar
8. Mitze, M.: Richten wärmebehandelter Bauteile. HTM J. Heat Treatm. Mat.65 (2010) 2, p. 110–117, 10.3139/105.110053Mitze, M.: Richten wärmebehandelter Bauteile. HTM J. Heat Treatm. Mat.65 (2010) 2, p. 110–117, 10.3139/105.110053Search in Google Scholar
9. Randelius, M.; Aslund, J.; Hosseini, S.: Straightening of case hardened bars before and after tempering. VBCentrum report, Report VBC-R-2008-001, Swerea KIMAB, Stockholm, Schweden, 2008Randelius, M.; Aslund, J.; Hosseini, S.: Straightening of case hardened bars before and after tempering. VBCentrum report, Report VBC-R-2008-001, Swerea KIMAB, Stockholm, Schweden, 2008Search in Google Scholar
10. Ellermann, A.: Der Bauschingereffekt bei vergüteten, bainitischen und normalisierten Zuständen der Stähle 42CrMo4 und 100Cr6. Dissertation, Institute of Materials Engineering, University of Kassel, 2012. – ISBN987-3-86219-514-5Ellermann, A.: Der Bauschingereffekt bei vergüteten, bainitischen und normalisierten Zuständen der Stähle 42CrMo4 und 100Cr6. Dissertation, Institute of Materials Engineering, University of Kassel, 2012. – ISBN987-3-86219-514-5Search in Google Scholar
11. Bartels, R. J.: Einfluss des Restaustenits auf das Verformungsverhalten gehärteter Stähle. Fortschritt-Ber. VDI, Reihe 5, Nr. 162, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1989Bartels, R. J.: Einfluss des Restaustenits auf das Verformungsverhalten gehärteter Stähle. Fortschritt-Ber. VDI, Reihe 5, Nr. 162, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1989Search in Google Scholar
12. Scholtes, B.; Ellermann, A.; Baunack, D.; Kraus, A.; Zinn, W.: Werkstofftechnische Grundlagen des Biegerichtens. HTM J. Heat Treatm. Mat.70 (2015) 1, p. 4–18, 10.3139/105.110246Scholtes, B.; Ellermann, A.; Baunack, D.; Kraus, A.; Zinn, W.: Werkstofftechnische Grundlagen des Biegerichtens. HTM J. Heat Treatm. Mat.70 (2015) 1, p. 4–18, 10.3139/105.110246Search in Google Scholar
13. Haglund, S.; Kristoffersen, H.: Simulation of Residual Stresses after Straightening of Induction Hardened Components. HTM J. Heat Treatm. Mat.69 (2014) 3, p. 165–172, 10.3139/105.110223Haglund, S.; Kristoffersen, H.: Simulation of Residual Stresses after Straightening of Induction Hardened Components. HTM J. Heat Treatm. Mat.69 (2014) 3, p. 165–172, 10.3139/105.110223Search in Google Scholar
14. EllermannA.; Scholtes, B.: Residual stress states as a result of bending and straightening processes of steels in different heat treatment conditions. Int. J. Mater. Res.103 (2012), p. 57–65, 10.3139/146.110624EllermannA.; Scholtes, B.: Residual stress states as a result of bending and straightening processes of steels in different heat treatment conditions. Int. J. Mater. Res.103 (2012), p. 57–65, 10.3139/146.110624Search in Google Scholar
15. Bacher, M.: Verformungs- und Bruchverhalten verschieden wärmebehandelter Einsatzstähle. Dissertation, University of Karlsruhe, 1987Bacher, M.: Verformungs- und Bruchverhalten verschieden wärmebehandelter Einsatzstähle. Dissertation, University of Karlsruhe, 1987Search in Google Scholar
16. Ellermann, A.; Scholtes, B.: The strength differential effect in different heat treatment conditions of the steels 42CrMoS4 and 100Cr6. Mat. Sci. Eng. A620 (2014), p. 262–272, 10.1016/j.msea.2014.10.027Ellermann, A.; Scholtes, B.: The strength differential effect in different heat treatment conditions of the steels 42CrMoS4 and 100Cr6. Mat. Sci. Eng. A620 (2014), p. 262–272, 10.1016/j.msea.2014.10.027Search in Google Scholar
17. Mayville, R. A.; Finnie, I.: Uniaxial Stress-Strain-Curves from a Bending Test. Exp. Mech.22 (1982) 6, p. 197–201, 10.1007/bf02326357Mayville, R. A.; Finnie, I.: Uniaxial Stress-Strain-Curves from a Bending Test. Exp. Mech.22 (1982) 6, p. 197–201, 10.1007/bf02326357Search in Google Scholar
18. Bacher, M.; Zhang, D.; Scholtes, B.; Vöhringer, O.; Macherauch, E.: The Influence of Homogeneous Tension and Compression Loading on the Residual Stress State of Case-Hardened Steels. Proc. ICRS II, 23.-15.11.88, Nancy, France; Elsevier Appl. Sci. Publ., London, UK, 1989, p. 753–758, 10.1007/978-94-009-1143-7_126Bacher, M.; Zhang, D.; Scholtes, B.; Vöhringer, O.; Macherauch, E.: The Influence of Homogeneous Tension and Compression Loading on the Residual Stress State of Case-Hardened Steels. Proc. ICRS II, 23.-15.11.88, Nancy, France; Elsevier Appl. Sci. Publ., London, UK, 1989, p. 753–758, 10.1007/978-94-009-1143-7_126Search in Google Scholar
19. Fahlkrans, J.; Melander, A.; Gardstam, J.; Haglund, S.: Straightening of induction hardened shafts – influence on fatigue strength and residual stress. HTM J. Heat Treatm. Mat.67 (2012) 3, p. 179–187, 10.3139/105.110149Fahlkrans, J.; Melander, A.; Gardstam, J.; Haglund, S.: Straightening of induction hardened shafts – influence on fatigue strength and residual stress. HTM J. Heat Treatm. Mat.67 (2012) 3, p. 179–187, 10.3139/105.110149Search in Google Scholar
20. Aslund, J.; Hosseini, S.; Haglund, S.: Influence of straightening on fatigue properties – a study of bending fatigue and residual stresses of case hardened SS2511 steel. VBCentrum report, VBC-R-2009-004, Swerea KIMAB, Stockholm, Schweden, 2009Aslund, J.; Hosseini, S.; Haglund, S.: Influence of straightening on fatigue properties – a study of bending fatigue and residual stresses of case hardened SS2511 steel. VBCentrum report, VBC-R-2009-004, Swerea KIMAB, Stockholm, Schweden, 2009Search in Google Scholar
21. Reuper, A.: Eigenspannungsgradienten an Wellen abhängig vom Winkel zur Biegeebene. Diploma Thesis, Institute of Materials Engineering, University of Kassel, 2014Reuper, A.: Eigenspannungsgradienten an Wellen abhängig vom Winkel zur Biegeebene. Diploma Thesis, Institute of Materials Engineering, University of Kassel, 2014Search in Google Scholar
22. Rieping, S. E.: Charakterisierung des Eigenspannungszustands und der Mikrostruktur einsatzgehärteter Wellen nach dem Biegerichten. Bachelor Thesis, Institute of Materials Engineering, University of Kassel, 2012Rieping, S. E.: Charakterisierung des Eigenspannungszustands und der Mikrostruktur einsatzgehärteter Wellen nach dem Biegerichten. Bachelor Thesis, Institute of Materials Engineering, University of Kassel, 2012Search in Google Scholar
23. Sui, A.: Beitrag zur Simulation von Richtprozessen. Diploma Thesis, Institute of Materials Engineering, University of Kassel, 2011Sui, A.: Beitrag zur Simulation von Richtprozessen. Diploma Thesis, Institute of Materials Engineering, University of Kassel, 2011Search in Google Scholar
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