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      Bend Straightening of a Carbonitrided Gear Shaft – Consequences on Residual Stresses and Retained Austenite near the Surface* Translated title: Biegerichten einer carbonitrierten Getriebewelle – Auswirkungen auf randnahe Eigenspannungen und Restaustenitgehalte

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          Abstract

          Carbonitriding of shafts in drive technology is strongly connected with distortion. Bend straightening is an important process step in order to eliminate distortion without removing the hardened surface layer. As shown in several investigations, even for simple part geometries, bending induced stresses and plastic deformations have a strong impact not only on the residual stress state but also on the microstructure after straightening. As gear shafts become increasingly filigree and complex in their geometry, the components state after straightening is only understood in rare cases. Due to indispensable, function based notches as well as changes in the cross section, these effects will occur especially in areas of small cross sections or notches in conjunction with high bending stresses. It is the objective of this work, to characterize these critical areas with respect to the distribution of residual stresses and retained austenite along the circumference as well as in the in-depth direction. Therefore, the measured distributions of residual stresses, integral width values and retained austenite near the surface will be presented and discussed. For this purpose a carbonitrided gear shaft taken out of a large production volume was investigated before and after a commonly used straightening operation.

          Kurzfassung

          In der Antriebstechnik stellt das Biegerichten nach der Einsatzhärtung von Wellen einen wichtigen Prozessschritt dar, um den oftmals unvermeidlichen Verzug zu beseitigen und gleichzeitig die harte Randschicht des Bauteils zu erhalten. Wie bereits in einigen Untersuchungen dargestellt wurde, beeinflussen die beim Richten vorliegenden Spannungen und die daraus resultierenden plastischen Deformationen sowohl den Eigenspannungszustand als auch die Mikrostruktur schon bei geometrisch simplen Bauteilen. Für die zunehmend filigranen und in ihrer Geometrie komplexen Wellen ist der Zustand nach dem Richten jedoch nur in seltenen Fällen bekannt und nachvollziehbar. Bei einer Welle, die konstruktiv notwendige Querschnittsänderungen oder auch Kerben aufweist, werden die genannten Effekte dort auftreten, wo Bereiche mit geringem Querschnitt und solche mit hohen Lastspannungen durch den Richtprozess zusammenfallen. Ziel dieser Arbeit ist es, diese kritischen Bereiche im Hinblick auf die Verteilung von Eigenspannungen und Restaustenit, sowohl entlang des Umfangs als auch in Tiefenrichtung, detailliert zu charakterisieren, um ein besseres Verständnis für den Zustand gerichteter Wellen zu gewinnen. Dazu werden die ermittelten randnahen Eigenspannungsverläufe und die Verteilungen der Integralbreiten sowie der Restaustenitgehalte am Beispiel einer in großer Stückzahl hergestellten Getriebewelle vor und nach einem praxisüblichen Richtprozess vorgestellt und diskutiert.

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          Das sin2(Ψ)-Verfahren der röntgenographischen Spannungsmessung

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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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              Einfluss des Restaustenits auf das Verformungsverhalten gehärteter Stähle

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                Journal
                htme
                HTM Journal of Heat Treatment and Materials
                Carl Hanser Verlag
                1867-2493
                2194-1831
                16 March 2017
                : 72
                : 3
                : 145-153
                Affiliations
                1 Institut für Werkstofftechnik – Metallische Werkstoffe, Universität Kassel, Mönchebergstraße 3, 34125 Kassel
                2 Institut für Werkstofftechnik – Metallische Werkstoffe, Universität Kassel
                Author notes
                [*]

                Lecture at the HK 2016, 72 nd HeatTreatmentCongress, 26–28 October 2016 in Cologne, Germany

                3 c.schott@ 123456uni-kassel.de (Kontakt/Corresponding author)
                Article
                HT110320
                10.3139/105.110320
                © 2017, Carl Hanser Verlag, München
                Page count
                References: 15, Pages: 9
                Product
                Self URI (journal page): http://www.hanser-elibrary.com/loi/htme
                Categories
                Fachbeiträge/Technical Contributions

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