Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde

Mechanische Oberflächenbehandlung

Die mechanische Oberflächenbehandlung umfasst eine Reihe von Verfahren aus der Fertigungshauptgruppe „Stoffeigenschaften ändern“, die zur Verbesserung des Bauteilverhaltens unter Betriebsbeanspruchung verwendet werden. Zu den mechanischen Oberflächenbehandlungen gehören beispielsweise das Kugelstrahlen, das Festwalzen, das maschinelle Oberflächenhämmern sowie einige andere Verfahren, die industriell maßgeschneidert eingesetzt werden. Durch die mechanische Oberflächenbehandlung eines Bauteils wird dessen Randschicht plastisch verformt, wodurch es lokal zur Kaltverfestigung und zur Ausbildung von Druckeigenspannungen kommt. Insbesondere die Prozesse Festwalzen und maschinelles Oberflächenhämmern können durch ihre deterministische Natur darüber hinaus zur Glättung und zur Strukturierung von Oberflächen genutzt werden. Eine Kombination aus glatter Oberfläche, Kaltverfestigung und Druckeigenspannungen ist dabei besonders bei der im Maschinen-, Automobil- und Flugzeugbau häufig anzutreffenden Ermüdungsbeanspruchung vorteilhaft zur Verbesserung der Lebensdauereigenschaften. Strukturierte, etwa bionische Oberflächen, können dabei auch zur Optimierung des Verschleißverhaltens erzeugt werden.

Der Fokus der Forschungsarbeiten in der Abteilung „Fertigung und Bauteilverhalten“ liegt in der Neu- und Weiterentwicklung von Prozessen, der Identifikation der Zusammenhänge zwischen Prozessparametern, Randschichtcharakteristika und Bauteilverhalten, sowie in der der numerischen Prozesssimulation und Modellbildung zur Vorhersage der Randschichteigenschaften und des Bauteilverhaltens. Des Weiteren befassen wir uns mit thermomechanischen Oberflächenbehandlungen, wie etwa dem Kugelstrahlen bei erhöhter Temperatur oder dem maschinellen Oberflächenhämmern bei Kryo-Bedingungen. Auch im Kontext der additiven Fertigung werden mechanische Oberflächenbehandlungen als finale oder innerhalb des Aufbaus geschaltete Prozesse eingesetzt, um Randschicht- und Bauteileigenschaften zu optimieren. Dies verdeutlicht die intensive Verflechtung der innerhalb der Abteilung „Fertigung und Bauteilverhalten“ betrachteten Fragestellungen.

Im Bereich der mechanischen Oberflächenbehandlung arbeiten wir derzeit an folgenden Themen: