Straightening of induction hardened shafts – influence on fatigue strength and residual stress Translated title: Richten induktionsgehärteter Werkstücke – Einfluss auf die Dauerfestigkeit und Eigenspannungen

Abstract

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.

Kurzfassung

Richten von Komponenten nach der Wärmebehandlung ist oft unumgänglich. Die Richtoperation führt zu einer lokalen Plastifizierung mit Einfluss auf Eigenspannungszustand, Härte und Dauerfestigkeit des Bauteils. Die vorliegende Studie be­wertet den Einfluss einer Richtoperation auf die Dauerfestigkeit und den Eigenspannungszustand einer induktionsgehärteten Achse aus dem Stahl EN 42CrMo4. Ein vereinfachtes FEM-Modell wurde formuliert. Das Modell zeigte einen asymmetrischen Eigenspannungszustand entlang des Umfangs der gerichteten Achse. Schwingfestigkeitstests wurden in einer Drei-Punkt-Biegung durchgeführt und zeigten, dass die Dauerfestigkeit durch das Richten bis zu etwa 20 % reduziert wurde. Weiterhin wurde ein bruchmechanisches Modell für die Ermüdungsrissausbreitung und den Rissstop entwickelt. Das Modell könnte verwendet werden, um die Dauerfestigkeit von gerichteten Wellen vorherzusagen, unter der Voraussetzung, dass der Eigenspannungszustand bekannt ist.