Laser-Heißdraht-Auftragschweißen von hybriden Schichtsystemen mit lokal angepassten Eigenschaften nach der Warmumformung

Autor*in: Laura Budde

ISBN: 978-3-69030-121-3

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2025

Herausgeber*in der Reihe: Ludger Overmeyer, Stefan Kaierle

Band-Nr.: LZH 03/2025

Umfang: 170 Seiten, 68 Abbildungen

Schlagworte: Auftragschweißen, Laser-Heißdraht-Auftragschweißen, Eigenspannungen, Tailored Forming, Hybride Bauteile

Kurzfassung: Die Kombination von verschiedenen Werkstoffen in einem hybriden Bauteil kann die Eigenschaften lokal verbessern. Neben der Härte beeinflusst auch der Eigenspannungszustand des hochbelasteten Bauteilbereichs die Lebensdauer. Es ist daher notwendig, ihn bei der Auslegung zu berücksichtigen. Im Rahmen dieser Dissertation wird die gezielte Einstellung von Druckeigenspannungen in der Randschicht von hybriden Wellen erforscht, welche durch Laser-Heißdraht-Auftragschweißen und nachfolgender Warmumformung hergestellt werden. Zwei verschiedene Bauteildesigns, austenitische Welle mit martensitischer Beschichtung und Welle aus Baustahl mit Multimaterialbeschichtung, und verschiedene Beschichtungshöhen werden betrachtet. Es wird gezeigt, dass bei der Kombination von Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten während der Abkühlung nach der Warmumformung Dehnungsinkompatibilitäten auftreten und diese zur Einstellung von Druckeigenspannungen im oberflächennahen Bereich verwendet werden können. Ein Modell zur Vorhersage des Eigenspannungszustandes wird entwickelt und validiert.

The combination of different steel alloys in a hybrid component can improve the mechanical properties locally. In addition to the hardness, the residual stress state of the highly stressed component area also influences the service life. It is therefore necessary to take the residual stress state into account. This dissertation investigates the targeted configuration of residual compressive stresses in the surface layer of hybrid shafts which are manufactured by laser hot-wire cladding and subsequent hot forming. Two different component designs, austenitic shaft with martensitic cladding and shaft made of mild steel with multi-material cladding, and different cladding thicknesses are considered. It is shown that when combining materials with different coefficients of thermal expansion, strain incompatibilities occur during cooling after hot forming and these can be used to set residual compressive stress states in the surface and subsurface region. A model for predicting the characteristics of the residual stresses is developed and compared with the experimental results.