Rekonstruktion von Eigenspannungstiefenverläufen aus Messungen von Maß- und Formänderungen und oberflächennahen Eigenspannungen

Abstract

Kurzfassung Eigenspannungen spielen bei der Bewertung der Güte von Bauteilen eine große Rolle. Der Aufwand für die Messungen der Eigenspannungen, insbesondere von Eigenspannungstiefenverläufen, ist aber oft sehr groß. So müssen z. B. bei röntgenografischen Methoden sukzessive oberflächennahe Schichten aufwendig abgetragen werden. Bei Tiefen größer als ca. 1 mm muss oftmals sogar mit thermischen Neutronen oder Synchrotronstrahlung gearbeitet werden. Aus diesem Grund sind einfachere Verfahren, mit denen man auf die Spannungstiefenverläufe schließen kann, von großem Nutzen. In diesem Zusammenhang können Dehnungsmessungen bzw. Messungen von Maß und Formänderungen eine Hilfe sein. Ursachen für Verzüge sind nicht elastische Dehnungen, die durch z. B. Drehen, Schleifen, Wärmebehandlungen etc. verursacht werden. Sind am Ende des Prozesses die nicht elastischen Dehnungen asymmetrisch im Werkstück verteilt, führen sie zu charakteristischen Eigenspannungsverteilungen und Maß- und Formänderungen. Dieser Beitrag betrachtet Eigenspannungstiefenverläufe, die beim Schleifen und induktivem Erwärmen generiert werden. Im Falle von rechteckig geformten Prismen mit geringer Dicke und im Vergleich großer Länge, die nur von einer Seite bearbeitet werden, sind die Hauptverzugseffekte Biegung und Längenänderung. Diese einfach zu messenden Werte können sehr hilfreich sein, um auf die nicht elastischen Dehnungen und damit auf die korrelierenden elastischen Dehnungen bzw. Eigenspannungen 1. Art innerhalb des Werkstücks zu schließen. Da die genannten Werte sich gegenseitig beeinflussen, stellt sich die Frage, inwieweit man den Aufwand bei der Messung von Eigenspannungen durch eine Kombination von Verzugs- und röntgenografischen Messungen optimieren kann. Welche und wie viele Eigenspannungsmessungen sind notwendig, um Eigenspannungstiefenverläufe in Bereichen tiefer als 1 mm unterhalb der Oberfläche des Werkstücks abschätzen zu können?