Verfestigung von Oberflächen – Shot Peening - im Strahlprozess
Wo wird Verfestigungsstrahlen (englisch "shotpeening") eingesetzt?
Verfestigungsstrahlen kommt hauptsächlich bei Teilen aus der Luft- und Raumfahrt und im Automotive-Bereich zur Anwendung. Dazu gehören z. B. Federn, Antriebswellen, Kurbelwellen, Zahnräder, Pleuelstangen, Lenkungs- und Getriebeteile, Turbinenschaufeln usw. Durch diese Maßnahme kann das Bauteilgewicht bei gleicher mechanischer Belastbarkeit reduziert werden. Es ergeben sich u. a. Gewichtsvorteile, die Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch bedingen.
Schraubenfedern nach dem Shot Peeing Prozess.
Was passiert mit der Oberfläche beim Shot peening?
In der Bauteilrandzone, also im oberflächennahen Bereich der Bauteile, wird durch plastische Verformung eine Druckeigenspannung erzeugt. Bei diesem Verfahren der Kaltverfestigung erhöht sich z. B. die Standzeit der Bauteile hinsichtlich der Dauerschwingfestigkeit. Zudem ist eine größere Beständigkeit gegen Spannungsriss- und Schwingungs-Risskorrosion an Teilen zu beobachten, die starken Wechselbeanspruchungen unterliegen.
Wie unterscheidet sich Shot Peening vom Stresspeening?
Wendet man Verfestigungsstrahlen unter Vorspannung an, wird eine zusätzliche Verbesserung der erzielten Eigenspannungswerte erreicht. Dieser Effekt wird Stress Peening genannt.
Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass Risse, z. B. durch Korrosionsermüdung, nie in einer Schicht mit Druckeigenspannung entstehen. Durch den Strahlprozess erhöht sich die Korrosionsbeständigkeit und die Oberfläche der Werkstücke wird vergrößert. Dies ist z. B. beim Verkleben von Bauteilen wichtig.
Blattfedern in einer Vorspann-Vorrichtung nach dem Stress Peening Prozess.
Worauf ist beim Shot Peening zu achten?
Es besteht die Gefahr, dass durch eine falsche Prozessführung (z. B. zu hoher Druck, zu geringer Abstand vom Werkstück zum Schleuderrad) eine Schwächung des Bauteils hervorgerufen werden kann. Eine mögliche Folge daraus ist eine verkürzte und/oder verringerte Dauerfestigkeit und Biegewechselfestigkeit des Werkstückes.
Um diesem entgegenzuwirken, wurden seit Entwicklung des Shot Peenings (ca. 1935) verschiedene Prüfmechanismen wie z. B. Almenintensitätsmessung, Deckungsgradkontrolle oder Peenscan (eine leuchtende Farbe, die unter ultraviolettem Licht sichtbar wird) eingeführt, die sich bei fachgerechter Anwendung bewährt haben.
Wichtig beim Kugelstrahlen ist eine sichere Prozessführung, um die positiven Eigenschaften der Druckeigenspannungen und reproduzierbare Qualitäten zu erhalten. Bei der Almen-Intensitätsmessung, dem derzeit gängigen Verfahren zur Kontrolle des Strahlprozesses, wird ein kleines Plättchen aus gehärtetem Stahl (Almenplättchen) mit dem Strahlmittel beschossen. Aus der Krümmung des Plättchens kann man Rückschlüsse auf den Strahlprozess ziehen.
Verfestigen von Blattfedern
Gern beraten wir Sie zu Details des Prozesses und der passenden Anlagentechnik.