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Einfluss der Temperatur auf die Dauerfestigkeit autofrettierter und einsatzgehärteter Bauteile von Dieseleinspritzsystemen

Beier, Heinz Thomas ; Panic, Darko ; Schlitzer, Teresa ; Bergmann, Joachim W. ; Diemar, Andreas ; Kleemann, Andreas ; Kleemann, Susanne ; Richter, T. ; Vormwald, Michael
Hrsg.: Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e. V. Frankfurt am Main (2017)
Einfluss der Temperatur auf die Dauerfestigkeit autofrettierter und einsatzgehärteter Bauteile von Dieseleinspritzsystemen.
Report, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

Bauteile von Dieseleinspritzsystemen werden häufig autofrettiert oder einsatzgehärtet, um durch Druckeigenspannungen die notwendige Festigkeit zu erreichen. Die maximalen Betriebstem-peraturen liegen im Schwerölbetrieb b ei 180 °C, in anderen Betriebsarten bei 120 °C. Der Einfluss solcher Temperaturen auf die Dauerfestigkeit druckeigenspannungsbehafteter Bauteile wird hier erstmals eingehend experimentell und analytisch untersucht. Bei den analytischen Arbeiten kamen für die Autofrettage Plastizitäts- und Bruchmechanik-basierte Methoden zum Einsatz, für die einsatzgehärteten Proben Modelle zur Einsatzhärtung und probabilistischen Dauerfestigkeit. Die Dauerfestigkeitsvorhersagen wurden anhand von experimentellen Werten an Kreuzbohrungen im nicht autofrettierten, autofrettierten und einsatzgehärteten Zustand sowie an einsatzgehärteten Kerbbiegeproben erfolgreich validiert. Als vereinfachte – auch für KMU anwendbare – Methode wird vorgeschlagen, bei Betriebstemperaturen von 100 °C bis 180 °C die für RT ermittelte Dauerfestigkeit um 10 % abzusenken.

Typ des Eintrags: Report
Erschienen: 2017
Autor(en): Beier, Heinz Thomas ; Panic, Darko ; Schlitzer, Teresa ; Bergmann, Joachim W. ; Diemar, Andreas ; Kleemann, Andreas ; Kleemann, Susanne ; Richter, T. ; Vormwald, Michael
Art des Eintrags: Bibliographie
Titel: Einfluss der Temperatur auf die Dauerfestigkeit autofrettierter und einsatzgehärteter Bauteile von Dieseleinspritzsystemen
Sprache: Deutsch
Publikationsjahr: 2017
Ort: Frankfurt
Verlag: FVV - Frankfurt am Main
Reihe: FVV - Abschlussbericht
Band einer Reihe: 1160
Kurzbeschreibung (Abstract):

Bauteile von Dieseleinspritzsystemen werden häufig autofrettiert oder einsatzgehärtet, um durch Druckeigenspannungen die notwendige Festigkeit zu erreichen. Die maximalen Betriebstem-peraturen liegen im Schwerölbetrieb b ei 180 °C, in anderen Betriebsarten bei 120 °C. Der Einfluss solcher Temperaturen auf die Dauerfestigkeit druckeigenspannungsbehafteter Bauteile wird hier erstmals eingehend experimentell und analytisch untersucht. Bei den analytischen Arbeiten kamen für die Autofrettage Plastizitäts- und Bruchmechanik-basierte Methoden zum Einsatz, für die einsatzgehärteten Proben Modelle zur Einsatzhärtung und probabilistischen Dauerfestigkeit. Die Dauerfestigkeitsvorhersagen wurden anhand von experimentellen Werten an Kreuzbohrungen im nicht autofrettierten, autofrettierten und einsatzgehärteten Zustand sowie an einsatzgehärteten Kerbbiegeproben erfolgreich validiert. Als vereinfachte – auch für KMU anwendbare – Methode wird vorgeschlagen, bei Betriebstemperaturen von 100 °C bis 180 °C die für RT ermittelte Dauerfestigkeit um 10 % abzusenken.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

The influence of elevated temperature, typical for operating fuel injection systems of Diesel engines, on the fatigue strength of such systems is the subject of the current research project “Temperature and High Pressure”. The investigation covered components, whose original durability has been increased by the mechanical procedure of autofrettage (unique mechanical overload) or by the thermochemical process of case hardening. Both methods introduce favourable, fatigue strength increasing compressive residual stresses. Case-hardening additionally increases the local fatigue strength through carburizing the surface layer. No validated information was available concerning the influence of temperature on the fatigue strength of such components with residual stresses for the temperature range of 100 °C to 200 °C. In the project the transient cyclic material behavior of the steel 42CrMo4 (used for autofrettaged components) was investigated as a function of the three test temperatures, room temperature (up to 50 °C), 120 °C, and 180 °C. Material tests were also performed for the steel 18CrNiMo7-6 used for the case-hardened components. The influence of elevated operating temperature on the fatigue strength of autofrettaged and non-autofrettaged components was simulated for cross bore specimens applying both the strip yield model and the finite element method together with the previously identified material behavior. Case hardening was simulated by means of theoretical numerical models and the influence of temperature on the fatigue strength was investigated. Extensive fatigue tests on internal pressure loaded cross bore specimens were carried out for the experimental validation of the theoretical numerical models. Autofrettaged, non-autofrettaged, and case-hardened specimens were tested at the three temperatures mentioned above. The accuracy of all simulation models has been very satisfying. For a simplified endurance evaluation it is recommended to predict the endurance at room temperature and lower the result for the temperature range of 100 °C ≤ T ≤ 180 °C by 10 per cent.

Englisch
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Fachgebiete der Mechanik
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik > Fachgebiet Werkstoffmechanik
05 Fachbereich Physik
05 Fachbereich Physik > Institut für Festkörperphysik (2021 umbenannt in Institut für Physik Kondensierter Materie (IPKM))
Hinterlegungsdatum: 11 Apr 2018 10:20
Letzte Änderung: 17 Jun 2020 12:40
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