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Vortrag

Analyse des Eigenspannungszustands in der Bohrungsrandzone tiefgebohrter Probekörper aus 42CrMo4+QT und X5CrNi18-10

Dienstag (03.12.2019)
16:30 - 16:50 Uhr

Das BTA-Tiefbohren (Boring and Trepanning Association) wird zur Erstellung von Bohrungen mit hohem Länge-zu-Durchmesser-(l/D)-Verhältnis üblicherweise in einem Durchmesserbereich von D = 6 mm bis 125 mm eingesetzt. Anwendung findet das Verfahren in Bereichen wie der Erdölexploration oder der Petrochemie, bspw. bei der Herstellung von Schwerstangen und Hochdruckrohren, die typische Bauteillängen von l = 1,5 m bis 4,5 m aufweisen. Die erzeugten Bohrungen müssen in der Regel hohen Qualitätsanforderungen genügen, wodurch sich die Herstellung der Bauteile als sehr kostenintensiv darstellt. Folglich besteht ein hoher Bedarf an der schnellen, zuverlässigen und zerstörungsfreien Charakterisierung der Bohrungsqualität. Neben der Oberflächenrauheit und dem Mittenverlauf der Bohrung ist vor diesem Hintergrund die Konditionierung der Bohrungsrandzone durch den Bohrprozess von zentraler Bedeutung. Indikatoren zur Qualifizierung des Randschichtzustands sind hierbei insb. die im Prozess in das Werkstück eingebrachten Eigenspannungen, sowie die Härte und das eingestellte Gefüge im Bereich der Bohrungswand.

Untersucht wurde die Bohrungsrandzone tiefgebohrter Probenkörper aus dem Vergütungsstahl 42CrMo4+QT und aus dem austenitischen Stahl X5CrNi18-10. Da die Führungsleisten beim BTA-Tiefbohren von zentraler Bedeutung im Hinblick auf die Oberflächenkonditionierung sind, wurde der Einfluss unterschiedlicher Führungsleistenbeschichtungen (TiN und ta-C) auf die Bohrungsrandzone untersucht.

Der Eigenspannungszustand, die Härte und die Korngrößen im Bereich der Bohrungswand wurden indirekt durch die Analyse des magnetischen Barkhausenrauschens charakterisiert. Zur Separierung der Effekte erfolgten hierauf aufbauend weitere Untersuchungen. Um die Eigenspannungen im Bereich der Bohrungswand präzise zu erfassen, wurden röntgen-diffraktometrische Untersuchungen durchgeführt. Ferner erfolgten Mikrohärtemessungen im Bereich der Bohrungsrandzone sowie metallographische Untersuchungen. Auf diese Weise wurden die erstellten Bohrungsrandzonen unmittelbar nach dem Bohrprozess analysiert. Analog hierzu erfolgte die Charakterisierung des Randschichtzustands der Bohrungen nach einer Wärmebehandlung der Probenkörper um einen eigenspannungsfreien Zustand der Bohrungsrandzonen zu referenzieren.

 

Sprecher/Referent:
Simon Strodick
Technische Universität Dortmund
Weitere Autoren/Referenten:
  • Robert Schmidt
    Technische Universität Dortmund
  • Prof. Dr. Dirk Biermann
    Technische Universität Dortmund
  • Prof. Dr. Frank Walther
    Technische Universität Dortmund