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

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Das allgemein als Kugelstrahlen bezeichnete Verfestigungsstrahlen ist ein wichtiges mechanisches Oberflächenbehandlungsverfahren zur Erhöhung der Schwingfestigkeit von metallischen Bauteilen. Diese Arbeit analysiert systematisch den Zusammenhang zwischen Prozessparametern und Prozessergebnissen für Druckluft- und Ultraschallkugelstrahlen. Als Versuchswerkstoff wurde die Nickelbasissuperlegierung IN718 in ausscheidungsgehärtetem Zustand verwendet. Zur Charakterisierung des Randschichtzustandes wurden Eigenspannungsmessungen mittels Röntgenstrahlen und der Bohrlochmethode sowie lichtmikroskopische Untersuchungen durchgeführt. Außerdem erfolgten Messungen der Rauheit und der Oberflächentopographie mittels Weißlichtmikroskopie. Die Simulation basierte auf der Methode der Finiten Elemente. Ein elastoviskoplastisches Werkstoffmodell mit kombinierter isotrop-kinematischer Verfestigung beschrieb das von der Verformungsgeschwindigkeit abhängige Wechselverformungsverhalten, wobei die Modellparameter durch Druckversuche und Zug-Druck-Wechselversuche ermittelt wurden. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen und ein neu entwickeltes Analyseverfahren ermöglichten die Untersuchung der Kugeldynamik während des Ultraschallkugelstrahlens, was zu statistischen Auswertungen führte. Diese Erkenntnisse über die Kugeldynamik wurden für die Simulation des Kugelstrahlens verwendet.