Increase of fatigue strength and lifetime by deep rolling at elevated temperature of notched specimens made of steel SAE 4140 Translated title: Steigerung der Ermüdungslebensdauer und -festigkeit gekerbter Proben aus 42CrMo4 durch Festwalzen bei erhöhter Temperatur

Abstract

In comparison with traditional room temperature processes, deep rolling at elevated temperature leads to further increased fatigue strengths and lifetimes. This is demonstrated using notched bending fatigue samples made of quenched and tempered steel SAE 4140, which have been processed at room temperature and at 300 °C resp. near surface properties were analyzed before and after fatigue loading. It is shown that the positive effect of warm deep rolling is due to stabilized residual stress states which relax only slightly in the course of fatigue loading. The underlying microstructural processes are static as well as dynamic strain aging effects.

Kurzfassung

Im Vergleich mit konventionellen bei Raumtemperatur durchgeführten Prozessen führen Festwalzbehandlungen bei erhöhter Temperatur zu einer zusätzlichen Steigerung der Ermüdungslebensdauer bzw. -festigkeit. In der vorliegenden Untersuchung wird dies am Beispiel gekerbter Proben aus vergütetem 42CrMo4 gezeigt, die bei einer Temperatur von 300 °C festgewalzt wurden. Die in oberflächennahen Bereichen vorliegenden Bauteileigenschaften wurden sowohl im Anschluss an die Festwalzbehandlung als auch nach definierten Lastwechselzahlen unter Biegewechselbeanspruchung analysiert. Es wird gezeigt, dass die positive Wirkung des Festwalzens unter erhöhter Temperatur auf eine merkliche Stabilisierung der eingebrachten Eigenspannungen zurückgeführt werden kann, die im Laufe der Ermüdungsbeanspruchung im Vergleich zu bei Raumtemperatur behandelten Proben wesentlich schwächer relaxieren. Dies kann auf statische bzw. dynamische Reckalterungsprozesse zurückgeführt werden.