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      Simulation of Residual Stresses after Straightening of Induction Hardened Components Translated title: Simulation von Eigenspannungen nach dem Richten von induktionsgehärteten Bauteilen

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          Abstract

          Straightening is a manufacturing process where a component is bent, and plastically deformed, in order to reach a desired straightness. It is an unwanted but in many cases necessary process. For instance heat treatment operations such as carburizing and induction hardening may give distortions of magnitude that a straightening operation is required. The main disadvantage with straightening, apart from the extra processing step, is that it alters the residual stresses which decrease the fatigue strength of the component. In this paper, the straightening of a surface hardened shaft is simulated by FEM. The paper brings new insight into the complexity in the changes in residual stress that deviates far from the simplified views presented in literature. It will be shown that there are fundamental differences between a through hardened shaft and a surface hardened one as well as between shafts with shallow and deep surface hardening depths. The material studied is 42CrMo4 induction hardened by single shot. It is shown that the change in residual stresses is rather complex with decreased compressive residual stresses in a number of locations around the circumference while other locations have increased stresses. The amount of change in the residual stresses are largely governed by the required bending but by doing the straightening operation in an optimal way the negative effect can be reduced.

          Kurzfassung

          Richten ist ein Herstellungsverfahren, bei dem ein Bauteil gebogen und plastisch verformt wird, um eine gewünschte Geradheit zu erreichen. Es ist ein unerwünschter, aber in vielen Fällen notwendiger Prozess. So können zum Beispiel Wärmebehandlungen wie Einsatzhärten und Induktionshärten Verzüge in Größenordnungen bewirken, die ein Richten erforderlich machen. Abgesehen von dem zusätzlichen Verfahrensschritt ist der Hauptnachteil beim Richten, dass es die Eigenspannungen verändert und damit die Dauerfestigkeit des Bauteils verringert. In diesem Beitrag wird das Richten einer induktionsgehärteten Welle mit FEM simuliert. Die Untersuchung bringt neue Einblicke in die Komplexität der Änderungen der Eigenspannungen, welche weit von den gängigen vereinfachten Ansichten in der Literatur abweichen. Es wird gezeigt, dass es fundamentale Unterschiede zwischen einer oberflächengehärteten und einer durchgehärteten Welle gibt, ebenso wie zwischen Wellen mit geringer und großer Einhärtetiefe. Das untersuchte Material ist der per single shot induktionsgehärtete Werkstoff 42CrMo4. Es wird gezeigt, dass die Veränderungen der Eigenspannungen ziemlich komplex sind, mit verminderten Druckeigenspannungen in einer Anzahl von Stellen entlang des Umfangs, während an anderen Stellen die Spannungen zugenommen haben. Der Betrag der Änderung der Eigenspannungen wird weitgehend durch die erforderliche Biegung bestimmt, aber durch eine optimale Richtoperation kann die negative Wirkung reduziert werden.

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          Straightening of induction hardened shafts – influence on fatigue strength and residual stress

          Straightening of distorted components after heat treatment is often a necessary operation. The straightening operation leads to local plastic deformation, which is affecting the residual stress state, the hardness, and ultimately the fatigue strength of the component. The present study evaluates the influence of a straightening operation on fatigue strength and on the residual stress state of induction hardened shafts of steel EN 42CrMo4. A simplified FEM model was formulated. The model showed that the residual stress state was asymmetric along the circumference of a straightened shaft. Fatigue testing was performed in a three point bending and showed that the fatigue strength was reduced by up to some 20 % by heavy straightening. A fracture mechanics model for fatigue crack growth and arrest was developed. The model could be used to predict the fatigue strength of a straightened shaft provided that the residual stress state was known.
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            Richten wärmebehandelter Werkstücke

             R Jonsson (1998)
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              Restoration of Fatigue Limit of Nitrided Shafts after a Straightening operation

               R Zeller,  R. Prümmer (1989)
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                Author and article information

                Journal
                htme
                HTM Journal of Heat Treatment and Materials
                Carl Hanser Verlag
                1867-2493
                2194-1831
                27 June 2014
                : 69
                : 3
                : 165-172
                Affiliations
                1 KTH Royal Institute of Technology, XPRES, and Swerea KIMAB AB, Box 7047, 164 07 Kista, Sweden
                2 Swerea IVF, Mölndal, Sweden
                Author notes
                3 sven.haglund@ 123456swerea.se (Corresponding author/Kontakt)
                Article
                HT110223
                10.3139/105.110223
                © 2014, Carl Hanser Verlag, München
                Page count
                References: 6, Pages: 8
                Product
                Self URI (journal page): http://www.hanser-elibrary.com/loi/htme
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                Fachbeiträge/Technical Contributions

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