In der Antriebstechnik sind einsatzgehärtete Stähle weit verbreitet. Oftmals werden durch die Schleifbearbeitung am Ende der Prozesskette Werkstücke mit hoher Maß- und Formgenauigkeit und qualitativ hochwertigen Oberflächen erzeugt. Neben geometrischen Kenngrößen werden durch die thermomechanische Beanspruchung beim Schleifen auch die Randzonen- und damit die Funktionseigenschaften des anschließend fertigen Bauteils maßgeblich bestimmt. Zur stichprobenartigen Überprüfung der Randzoneneigenschaften wird häufig auf zerstörende Messverfahren zurückgegriffen. Zerstörungsfreie Verfahren sind schon seit einigen Jahren Forschungsgegenstand. Die Barkhausenrauschanalyse als mikromagnetisches Messverfahren besitzt das Potential die Randzone mit Hilfe mikromagnetischer Kenngrößen zerstörungsfrei zu beschreiben. Durch gegenläufige Effekte, die durch die verschiedenen mikromagnetischen Eigenschaften der unterschiedlichen Randzoneneigenschaften hervorgerufen werden, verhindern oftmals Mehrdeutigkeiten der quantitativ ermittelten mikromagnetischen Kennwerte eindeutige Aussagen. Daher wird in dieser Arbeit die kombinierte Betrachtung einer mikromagnetischen Kenngröße und des Wissens aus dem Schleifprozess vorgenommen. Das Schleifprozesswissen ist dabei in analytisch-empirischen Prozessmodellen enthalten. Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher das Aufzeigen des Potentials der Kombination aus mikromagnetischer Kenngröße und analytisch-empirischem Prozessmodell zur zerstörungsfreien Identifikation thermischer Prozessgrenzen (Schleifbrand). Darauf aufbauend wird eine In-Prozess-Überwachung, also eine In-Prozess-Charakterisierung des Randzonenzustands zur Vermeidung von kritischen Anlasszonen und kritischen Eigenspannungsverlagerungen in der Randzone einsatzgehärteter Werkstücke erarbeitet.
Aktualisiert: 2022-06-09
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In der vorliegenden Dissertation wird die Charakterisierung schleiftechnisch generierter, thermo-mechanischer Randzonenbeeinflussungen mithilfe des mikromagnetischen Barkhausenrauschens detailliert untersucht. Dazu werden werkstoffspezifische Einflussgrößen aus der Wärmebehandlung und prozessseitige Einflussfaktoren durch eine Schleifbearbeitung sowie ihre Wechselwirkungen untereinander analysiert. Ausgehend von dem Stand der Technik und der wissenschaftlichen Kenntnisse werden drei Arbeitshypothesen definiert und im Verlauf dieser Arbeit umfassend evaluiert.
Es wird gezeigt, dass unterschiedliche Werkstoffzustände durch eine Überlagerung des spezifischen Randzonenausgangszustands aus der Wärmebehandlung mit der Randzonenbeeinflussung während der Schleifbearbeitung in unterschiedlichen Signalhöhen des Barkhausenrauschens resultieren. Demnach ergeben sich in Abhängigkeit des Werkstoffzustands individuelle Grenzwerte für eine Klassifizierung thermo-mechanischer Randzonenbeeinflussungen unterschiedlicher Intensität. Die Untersuchungen veranschaulichen zudem, dass eine mehrstufige Prozessführung aus kombinierter Schrupp- und Schlichtbearbeitung zu unterschiedlichen Signalen gegenüber einer reinen Schruppbearbeitung führen kann, sofern auch nach der Schlichtbearbeitung noch Anlasszonen in der Randzone vorliegen. Abschließend wird gezeigt, dass sich unter Variation der Analysierfrequenz in Abhängigkeit des Randzonenzustands eine individuelle Charakteristik im Verlauf des Barkhausenrauschens ergibt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird eine Strategie zur Klassifizierung des Randzonenzustands geschliffener Bauteile entwickelt.
Aktualisiert: 2021-04-01
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