Werkstofftechnische Grundlagen des Biegerichtens Translated title: Materials Science Aspects of Bend-Straightening

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit werden wesentliche materialwissenschaftliche Aspekte des Biegerichtens angesprochen. Zunächst werden die Grundlagen des Biegeversuchs und die auftretenden inhomogenen Verteilungen von Spannungen und Deformationen beschrieben. Dann wird am Beispiel des Stahls 42CrMoS4 in unterschiedlichen Wärmebehandlungszuständen auf die Eigenspannungsentstehung eingegangen, wobei sowohl die Wirkung unterschiedlicher Verformungsgrade als auch des Gefügezustands aufgezeigt wird. Durch Biegerichten werden in Stählen Makro- und Mikroeigenspannungen erzeugt. In Verbindung mit den eingebrachten bleibenden Deformationen führen sie bei einer weiteren Beanspruchung zu charakteristischen Änderungen des Verformungsverhaltens. Dabei ist wesentlich, ob die Beanspruchung der Verformung beim Richten gleich- oder entgegengerichtet ist. Im letzteren Fall tritt ein ausgeprägter Bauschingereffekt auf, der zu deutlich verminderten Festigkeiten führt. Es wird gezeigt, dass der Festigkeitsverlust sowohl vom Ausmaß der Vorverformung beim Richten als auch vom Gefügezustand abhängt und ausgeprägter ist als bei einachsig-homogener Zug-Druck-Beanspruchung. Bei restaustenithaltigen Zuständen können durch Biegerichten beanspruchungsinduzierte Phasenumwandlungen auftreten, die vom Vorzeichen der Beanspruchung abhängen. Abschließend werden noch einige besondere Aspekte angesprochen, die bei inhomogenen Gefügezuständen in einsatzgehärteten Komponenten vorliegen.

Abstract

The paper deals with materials science aspects of bend-straightening processes. First, the scientific basis of bending tests is outlined and the inhomogeneous strain as well as stress distribution in bending bars is described. Then using bars made of steel 42CrMoS4 (SAE 4140) in different heat treatment conditions as examples the formation of residual stress distributions, depending on the amount of plastic deformation and the materials microstructure, is described. Macro and micro residual stresses are produced, which can be separated using appropriate techniques. Plastic deformation of bend-straightening processes leads to a typical alteration of the deformation characteristic of the material treated. In this context, the deformation direction compared with plastic deformation during the straightening process is of importance. A pronounced Bauschingereffect is observed leading to lower strength values, which is depending on the amount of plastic deformation as well as on the materials microstructure and which is more pronounced in bending than in tension-compression tests. For materials states containing retained austenite, phase transformations are possible which depend on the sign of the loading stress. Finally, special aspects are mentioned which have to be taken into account for materials with microstructural gradients, e. g. case-hardened components.