Abstract
In this study, the methods of Water Jet Peening (WJP) and Laser Shock Peening (LSP) were compared to Shot Peening (SP) and investigated in terms of induced residual stresses (RS), microstructure, surface topography and fatigue properties for a case-hardened steel. Different modifications of the surface topography were observed for the different peening methods: after SP, a strong plastic deformation of the surface occurred while the LSP had only a minimal influence on surface topography. After WJP with very high pressure (4500 bar), microscopic damages can occur at the surface. SP leads to the highest compressive RS (up to −1650 MPa) with a maximal affected depth of about 170 μm. After WJP, maximum RS of about −1000 MPa with very low depth (50 μm) are present, while the LSP leads to very large affected depths (< 1 mm) and RS of about −1300 MPa. In terms of fatigue properties, the SP process shows the highest improvement compared to the heat treated state (+47 %) while the LSP and the WJP leads to an improvement of +15 % and +23 % respectively but with larger scatter.
Kurzfassung
In dieser Studie wurden zwei alternative Verfestigungsverfahren, das Hochdruck-Wasserstrahlen und das Laser-Shock-Peening, mit dem Kugelstrahlen hinsichtlich der induzierten Druckeigenspannungen, der Gefüge- und Topografie-Beeinflussung sowie der resultierenden Ermüdungseigenschaften in einsatzgehärteten Proben verglichen. Je nach Behandlungsverfahren wurde die Oberflächentopografie unterschiedlich beeinflusst: Nach dem Kugelstrahlen wurde eine starke Verformung der Oberfläche beobachtet, während das Laser-Shock-Peening nur eine geringe Beeinflussung der Oberflächenbeschaffenheit bewirkte. Das Hochdruck-Wasserstrahlen mit höchstem Druck (4500 bar) führte hingegen zu einzelnen mikroskopischen Oberflächenschädigungen. Nach dem Kugelstrahlen wurden höchste Druckeigenspannungen mit bis zu −1650 MPa bei einer beeinflussten Tiefe von ca. 170 μm festgestellt. Nach dem Wasserstrahlen wurden maximale Werte von ca. −1000 MPa bei einer sehr geringen Tiefenwirkung (ca. 50 μm) ermittelt, während das Laser-Shock-Peening zu sehr tiefen Druckeigenspannungen bis über 1 mm Tiefe bei Maximalwerten an der Oberfläche um −1300 MPa führte. Die Steigerung der Dauerfestigkeit im Vergleich zum wärmebehandelten Grundzustand lag bei +47 % für die kugelgestrahlte Variante mit Duo-Prozess, bei +15 % für das Laser-Shock-Peening und bei +23 % für das Hochdruck-Wasserstrahlen, hier allerdings mit größeren Streuungen.
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