Numerische und experimentelle Untersuchungen zur Randschichtausbildung beim Druckluft- und Ultraschallkugelstrahlen von IN718

Das allgemein als Kugelstrahlen bezeichnete Verfestigungsstrahlen ist ein wichtiges mechanischen Oberflächenbehandlungsverfahren zur Erhöhung der Schwingfestigkeit von metallischen Bauteilen. Gegenstand dieser Arbeit ist die systematische experimentelle und numerische Analyse des Zusammenhanges zwischen Prozessparametern und Prozessergebnis für die beiden Verfahrensvarianten Druckluft- und Ultraschallkugelstrahlen. Als Versuchswerkstoff wurde die Nickelbasissuperlegierung IN718 in ausscheidungsgehärtetem Zustand verwendet. Zur Charakterisierung des Randschichtzustandes erfolgten Eigenspannungsmessungen mittels Röntgenstrahlen und der Bohrlochmethode, lichtmikroskopische Untersuchungen sowie Messungen der Rauheit und der Oberflächentopographie mittels Weißlichtmikroskopie. Die Simulation erfolgte mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente. Zur Beschreibung des von der Verformungsgeschwindigkeit abhängigen Wechselverformungsverhaltens des Versuchwerkstoffes kam ein elastoviskoplastisches Werkstoffmodell mit kombiniert isotrop-kinematischer Verfestigung zum Einsatz, dessen Modellparameter auf Basis von sowohl Druckversuchen für Dehnratenbereiche von 10 hoch -3 bis 10 hoch 4 l/s als auch Zug-Druck-Wechselversuchen bestimmt wurden. Mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und einem neuentwickelten Analyseverfahren wurde die Kugeldynamik während des Ultraschallkugelstrahlens analysiert und statistisch ausgewertet. Somit konnten Aussagen über die beim Ultraschallkugelstrahlen vorliegende Kugeldynamik getroffen werden. Weiter konnten die durch diese Analyse ermittelten Kugelauftreffgeschwindigkeiten für die Simulation des Kugelstrahlens eingesetzt werden.