Consequences of Bend Straightening Processes on Residual Stresses and Strength of Quenched and Tempered Steels Translated title: Auswirkungen von Biegerichtprozessen auf den Eigenspannungszustand und die Festigkeit von gehärteten und angelassenen Stählen

Abstract

Bend straightening is a typical process step applied after heat treatment of e. g. axles and shafts. From a materials science perspective it is an elastic-plastic bending operation with a characteristic inhomogeneous deformation over the cross section of the component. Due to the local amount and distribution of plastic deformation alterations of residual stress fields result and phase transformations are possible. Consequently, bend-straightened components have inhomogeneous materials properties. In particular an anisotropy of strength exists which can be attributed to the position-dependent microstructure and sign of the residual stress state. In addition, a Bauschingereffect is possible which also has considerable impact on the deformation characteristic of the considered component. In the present paper the above mentioned aspects are demonstrated for quenched and tempered steel bars and shafts. Typical examples of residual stress states before and after straightening are presented as well as alterations of retained austenite distributions. Finally, the deformation behavior and strength of bend-straightened components is outlined and discussed.

Kurzfassung

Das Biegerichten stellt einen typischen Prozessschritt dar, welcher der Wärmebehandlung von z. B. Wellen nachgeschaltet ist. Aus einer materialwissenschaftlichen Sicht stellt das Biegerichten eine überelastische Biegeoperation dar, welche über dem Querschnitt der Biegeprobe eine charakteristische inhomogene Deformation zur Folge hat. Abhängig von Höhe und Verteilung der plastischen Deformationen entstehen neue Eigenspannungszustände und martensitische Phasentransformationen sind möglich. Demzufolge liegen in gerichteten Bauteilen inhomogene Materialeigenschaften vor. So kommt es durch inhomogene Mikrostruktur und positionsabhängige Vorzeichen des lokalen Eigenspannungszustandes zu einer Festigkeitsanisotropie. Darüber hinaus ist ein Bauschinger-effekt zu erwarten, der sich wiederum entscheidend auf die Entwicklung plastischer Deformationen während der Biegeoperation auswirkt. In der vorliegenden Arbeit werden die genannten Aspekte anhand gehärteter und angelassener sowie einsatzgehärteter Bauteile gezeigt und nachvollzogen. Dazu werden typische Eigenspannungszustände und Restaustenitverteilungen vor und nach dem Biegerichten dargestellt. Schließlich werden das Deformationsverhalten und die Festigkeit gerichteter Bauteile diskutiert.