Randschichteigenspannungen durch mechanisches Schleifen bei hochfesten Federstählen: Residual stress on surfaces caused by mechanical grinding on high strength spring steel

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2017-06, Vol.48 (6), p.495-501
• Main Authors: Thomisch, M., Kalhöfer, E., Kley, M., Schmid, H., Savsek, O.
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.201700021

Ein häufiger Vertreter für ölschlussvergütete Federstähle ist der Werkstoff 54SiCr6 (1.7102). Um eine möglichst große Anlagefläche der daraus gefertigten Federn an die angrenzende Auflagefläche zu erreichen, werden die Federenden mechanisch plan geschliffen. Durch alle Bearbeitungsprozesse (Winden, Schleifen und Kugel‐ strahlen) werden die teileweise bereits vorhandenen Eigenspannungen durch zusätzlich eingebrachte Zug‐ oder Druckeigenspannungen beeinflusst und in Betrag und ggf. ihrer Richtung verändert. Die Kenntnis dieser resultierenden Eigenspannung ist bereits in der Entwurfsphase der Feder von Bedeutung, da diese mit den auftretenden Betriebsbelastungen überlagert werden müssen. Das Schleifen an sich hat einen deutlichen Einfluss auf die Höhe der Eigenspannungen im Bauteil. Bezüglich der Gestaltung des Schleifprozesses sind die Höhe und die Richtung der Eigenspannungen stark von der Wahl der Schleifparameter abhängig. So lässt sich bestätigen, dass Schleifvorgänge mit dominierendem thermischem Einfluss tendenziell zu Zugspannungen führen; dominierende mechanische Einflüsse spiegeln sich in Druckspannungen wieder. Die Untersuchung zeigt, dass die Eigenspannungen sowohl von der Zustellung je Hub, der wahlweisen Zustellung im Gleich‐ oder Gegenlauf und dem optionalen Einsatz von Kühlschmierstoff, abhängen. Aussagen zur Überlagerung der Eigenspannungen durch Schleifen mit den Eigenspannungen durch Umformen und Kugelstrahlen sind pauschal nicht möglich. Oil tempered steel, like the high strength spring steel 54SiCr6 (1.7102), is mainly used for helical springs. To enlarge the contact area between spring and adjacent parts, the spring tail is often flat‐grinded. Due to wire‐drawing process residual stress is already existing before spring manufacturing. The spring manufacturing process contains several sequenced steps like winding, even grinding and shot peening. All of these steps cause additional or influence the existing residual stress in wire. The knowledge of these mechanisms and the level of residual stress is mandatory for design of application and its operation. Grinding processes in general has major influence to the residual stress level. In fact the choice of grinding parameter is essential for the stress height. In general: thermal effects while grinding cause basically tensile stress, mechanical effects cause basically pressure stress. Presented investigation shows the qualitative influence of several grinding parameters like infeed, conventi