DE1221854B

DE1221854B - Metal workpiece with areas of different high stress strain, z. B. Crankshaft with construction notches and process for its manufacture

Info

Publication number: DE1221854B
Application number: DEP17313A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Rubo
Original assignee: Pintsch Bamag AG
Current assignee: Pintsch Bamag AG
Priority date: 1956-11-02
Filing date: 1956-11-02
Publication date: 1966-07-28

Description

Metallwerkstück mit Bereichen verschieden hoher Spannungsdehnung, z. B. Kurbelwelle mit Konstruktionskerben und Verfahren zu seiner HersteRung Die Erfmdung betrifft ein Metallwerkstück mit Bereichen verschieden hoher Spannungsdehnung, z. B. Kurbelwelle mit Konstruktionskerben, wobei die Bereiche höherer Spannungsdehnung aus einem anderen Werkstoff als der Grundwerkstoff des Werkstückes bestehen, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.Metal workpiece with areas of different levels of stress strain, z. B. Crankshaft with design notches and process for its manufacture The invention relates to a metal workpiece with areas of different levels of stress strain, z. B. Crankshaft with construction notches, the areas of higher stress strain consist of a different material than the base material of the workpiece, as well as a process for its manufacture.

Häufig besitzt ein Werkstück infolge seiner konstruktiven Gestaltung Bereiche erhöhter Spannungsdehnung. Dies ist insbesondere bei schroffen Querschnittsübergängen, etwa an Kerben, Nuten, Schmierlöchern usw., der Fall. Auch die äußeren Zonen eines auf Biegung oder Verdrehung beanspruchten Profilstabs sind Bereiche erhöhter Spannungsdehnung. Die in diesen Fällen bei Belastung auftretenden Spannungsspitzen setzen die Widerstandsfähigkeit des Werkstückes vor allem gegen schwingende Beanspruchung herab.Often a workpiece has due to its structural design Areas of increased stress strain. This is particularly important in the case of jagged cross-sectional transitions, such as notches, grooves, lubrication holes, etc., the case. Even the outer zones of one Profiled bars subjected to bending or twisting are areas of increased stress strain. The voltage peaks occurring in these cases under load set the resistance of the workpiece, especially against vibrating stress.

Es ist bekannt, ein Kemmetall von hoher Festigkeit, wie Flußeisen, mit einem Überzugsmetall von hoher Biegefestigkeit, z. B. reinem, kohlenstoffarmem Eisen, Aluminium, Messing, Kupfer, zu umgießen. Ein solcher Werkstoff eignet sich für Maschinenteile, die Dauerbeanspruchungen durch Wärmeausdehnung, Schwingungen oder sonstige Dauerbiegungen ausgesetzt sind.It is known to use a core metal of high strength, such as with a coating metal of high flexural strength, e.g. B. pure, low carbon Cast iron, aluminum, brass, copper. Such a material is suitable for machine parts that are subject to permanent stresses due to thermal expansion and vibrations or are exposed to other permanent bending.

Für chemische, thermische und gegebenenfalls mechanische Beanspruchung wurde eine Oberflächenveredelung von Metallwerkstücken bekannt, bei der das Grundmetall mit widerstandsfähigeren oder edleren Metallen oder Legierungen in dünner Schicht im tropfbar flüssigen Zustand elektro- oder autothermisch vereinigt wird. Hierfür kommen vor allem solche Legierungen in Betracht, die mit hoher mechanischer Festigkeit außer gegen Korrosion gleichzeitig hohe Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation verbinden, wie Crom-Nickel-Eisen-Legierungen und Wolfram-Nickel-Eisen-Kupfer-Legierungen.For chemical, thermal and, if necessary, mechanical stress a surface refinement of metal workpieces became known, in which the base metal with more resistant or noble metals or alloys in a thin layer is combined electro- or autothermally in the drip liquid state. Therefor Above all, those alloys come into consideration that have high mechanical strength in addition to corrosion, at the same time combine high resistance to oxidation, such as chromium-nickel-iron alloys and tungsten-nickel-iron-copper alloys.

Nach einem anderen bekannten Verfahren sollen in der durch Dauerbeansprachung besonders gefährdeten äußeren Schicht eines Werkstückes Zugspannungen dadurch herabgesetzt werden, daß das Werkstück zumindest an den gefährdeten Stellen unter Zugspannung gesetzt wird und in diesem Spannungszustand eine Formänderung durch Aufbringen von Werkstoff auf mechanischem, chemischem oder elektrochemischera Wege erfährt. Die so gebildete äußere Schicht ist zunächst spannungslos. Sie steht jedoch nach Wegnahme der Zugspannung unter Druckvorspannung und hat dadurch bei Zugbeanspruchung des Werkstückes im Betrieb geringere Zugspannungen als der Grundwerkstoff des Werkstückes aufzunehmen.According to another known method, in the permanent addressing particularly endangered outer layer of a workpiece, tensile stresses are thereby reduced that the workpiece is under tensile stress at least at the endangered points is set and in this state of tension a change in shape by applying Material experiences in a mechanical, chemical or electrochemical way. the The outer layer formed in this way is initially tension-free. However, it stands after it has been taken away the tensile stress under compressive prestress and therefore has the tensile stress of the Workpiece has lower tensile stresses during operation than the base material of the workpiece to record.

Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Werkstück, vorzugsweise aus Stahl, insbesondere mit Kerben, mit Bereichen verschieden hoher Spannungsdehnung, wobei die Bereiche höherer Spannungsdehnung aus einem anderen Werkstoff als der Grundwerkstoff des Werkstückes bestehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ausschließlich die Bereiche höherer Spannungsdehnung aus dem anderen Werkstoff bestehen und daß dieser Werkstoff einen geringeren Elastizitätsmodul oder/und eine geringere Kerbempfindlichkeit gegen Dauerschwingbeanspruchung als der Grundwerkstoff hat.In contrast, the invention relates to a workpiece, preferably from Steel, especially with notches, with areas of different levels of stress strain, wherein the areas of higher stress strain from a different material than the Base material of the workpiece exist, which is characterized in that only the areas of higher stress strain consist of the other material and that this material has a lower modulus of elasticity and / or a lower notch sensitivity against continuous vibration stress than the base material.

Auf diese Weise wird im Gegensatz zu den nach dem bekannten Verfahren hergestellten Werkstücken erreicht, daß die Werkstoffspannung an den kritischen Stellen bei unveränderter Dehnung abfällt. Bei genügend niedrigem Elastizitätsmodul und ausreichend hoher Dauerschwingfestigkeit des Werkstoffes wird dann die Widerstandsfähigkeit des gesamten Werkstückes gegen Dauerschwingbeanspruchung erhöht.In this way, in contrast to that according to the known method Manufactured workpieces achieved that the material stress at the critical Places with unchanged elongation. With a sufficiently low modulus of elasticity and sufficiently high fatigue strength of the material is then the resistance of the entire workpiece increased against continuous vibration stress.

Als anderer Werkstoff wird erfindungsgemäß austenitischer Chromnickelstahl oder eine mit Aluminium und Eisen legierte Bronze verwendet, die in das Werkstück eingeschweißt oder eingelötet ist. Ebenso können die Randzonen von Schweiß- oder Lötverbindungen, z.B. an Profilstäben, aus dem anderen Werkstoff bestehen.According to the invention, austenitic chromium-nickel steel is used as another material or a bronze alloyed with aluminum and iron is used in the workpiece is welded in or soldered in. Likewise, the edge zones of welding or Soldered connections, e.g. on profile bars, consist of the other material.

Praktisch kann dabei so verfahren werden, daß das Werkstück in dem betreffenden Bereich zunächst mit einer Aussparung versehen und diese mit dem anderen Werkstoff ausgefüllt wird, worauf in dem anderen Werkstoff die konstruktiv vorgesehene Kerbe Bohrung od. dgl. ausgearbeitet wird. Bei der Herstellung stoffschlüssiger Schweiß- und Lötverbindungen im Rahmen- der Fertigung oder der Reparatur eines Werkstückes können die Randzonen der Verbindung sogleich mit dem anderen Werkstoff ausgeführt werden. In jedem Fall wird der andere Werkstoff vorteilhaft ' durch # Abschinelzen von Schweißdraht oder als Lot aufgetragen. - In weiterer, Ausgestaltung der Erfindung kann durch Aufbrmigen von Druckeigenspännungen, beispielsweise durch Strahlen -mit- Sand, Stahlkles, kleinen Stahlkugeln od. dgl., auf den anderen Werkstoff die Dauerfestigkeit der erfindungsgemäß ausgestalteten Werkstückbereiche weiter erhöht werden. Es ist an sich bekannt, zur Erhöhung. ..der Widerstandsfähigkeit von metallenen Werkstücken gegen dauernde Schwin9U.Ags4##psprur,hunge,n an. allen der Gefahr eines Dauerbruchs ausg esetzten , Oberflächenstellen des Werkstückes-durch Drückea,#z ' -,-B.'mittels Druckrolleh-#oder Kugeln, eine Gefügev-etdi.ichtung vorzunehmen. Außerdem ist bekannt, durch Strahlen eines Werkstückes an dessen Oberfläche Druckeigenspannungen zu erzeugen.In practice, the procedure can be such that the workpiece is first provided with a recess in the relevant area and this is filled with the other material, whereupon the constructive notch hole or the like is worked out in the other material. When producing material-to-material welded and soldered connections in the course of production or when a workpiece is being repaired, the edge zones of the connection can be made with the other material at the same time. In each case, the other material is advantageously 'through # Abschinelzen of welding wire or solder coated. - In a further, embodiment of the invention, the fatigue strength can be obtained by Aufbrmigen of Druckeigenspännungen, for example by radiation -mit- sand, Stahlkles, od small steel balls or the like, to the other material of the invention designed according to the workpiece portions are further increased... It is known per se to increase. ..the resistance of metal workpieces to permanent Schwin9U.Ags4 ## psprur, hunge, n an. exposed to all the risk of fatigue fracture, surface areas of the workpiece - by pressing a, # z ' -, - e.g. by means of pressure rollers or balls to carry out a structural seal. It is also known to generate internal compressive stresses on the surface of a workpiece by blasting it.

In der Zeichnung ist die Erflildung-beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen F i g. 1 a und 1 b - eine Füllschweißung im Scheitel einer Tangentialnut im Quer-- und Längsschnitt und F i g. 2 eine Schweißverbindung für ein auf Biegung oder Verdtehung beanspruchtes Rundprofil. Wie -in F i g. 1 dargestellt- ist, ist eine Tangentialnut 1 in einer Welle 2 aus unlegiertem Stahl an ihren gefährdeten -Stellen im Scheitelpunkt, 3 des Nutprofils und an ihrem stumpfen Ende 4 mit einer Entlastungsschweißung -der oben angegebenen Art versehen.In the drawing, the embodiment is illustrated, for example, namely, F i g. 1 a and 1 b - a fill weld in the apex of a tangential groove in transverse and longitudinal section and FIG . 2 a welded joint for a round profile subject to bending or twisting. How - in Fig. 1 , a tangential groove 1 in a shaft 2 made of carbon steel is provided at its endangered points at the apex, 3 of the groove profile and at its butt end 4 with a relief weld of the type specified above.

In entsprechender Weise ergibt die Einbettung einer Bohrung in eine Füllung aus einem Werkstoff mit geringerem Elastizitätsmodul eine höhere Dauerfestigkeit, als wemi der.gesamte Werkstückabschnitt bei gleicher Formgebung an der gefährdeten Stelle einheitlich aus gleichem Werkstoff bzw. auch aus dem gleichen Werkstoff mit geringerem Elastizitätsmodul, bestehen würde.In a corresponding manner, embedding a bore in a Filling made of a material with a lower modulus of elasticity has a higher fatigue strength, as whom the entire workpiece section with the same shape on the endangered Place uniformly from the same material or also from the same material lower modulus of elasticity, would exist.

Gemäß F i g. 2 ist in ein ungünstig auf Biegung beanspruchtes Rundprofil, 5 a, 5 b eine stoffschlüssige Verbindung eingefügt. Durch -kombinierte Schweißung sind der Kern 6 des Querschnitts mit üblichen, un7 legierten Schweißwerkstoffen und die Randzone 7 mit austenitischem Werkstoff geschweißt. Als Ergebnis zeigt sich, daß der sonst gradlinige Nerlauf 8 der Biegungsbeanspruchung jetzt den Verlauf 9 hat, also ,an den Enden zur Abszissenachse hin umgebogen ist, so daß die Belastungsspitzen von S, auf S" herabgesetzt werden. -Eine Verbindung dieser Art kann sowohl als Konstruktion entworfen sein als auch erst bei Ausbesserungen ausgeführt werden.According to FIG. 2 is inserted into a round profile that is unfavorably stressed in terms of bending, 5 a, 5 b an integral connection. Through combined welding, the core 6 of the cross-section is welded with conventional, unalloyed welding materials and the edge zone 7 with austenitic material. The result shows that the otherwise straight line 8 of the bending stress now has the course 9 , that is, is bent at the ends towards the abscissa axis, so that the load peaks are reduced from S to S ". -A connection of this type can be be designed as a construction and only be carried out when repairs are made.

Claims

Claims: 1. Metal workpiece with areas of different high stress strain, z. B. crankshaft with construction notches, where the areas of higher stress strain consist of a different material than the base material of the workpiece, characterized in that only the areas of higher stress strain consist of the other material and that this material »Qi, nen has a lower modulus of elasticity and / or a lower notch sensitivity to continuous vibration stress than the base material.

2. Workpiece made of steel according to claim 1, characterized in that austenitic chromium-nickel steel or a bronze alloyed with aluminum and iron is used as the other material, which is welded or soldered into the workpiece. 3. Workpiece according to claim 2, characterized in that the edge zones of welded or soldered connections, e.g. on profile bars made of the other material. 4. A method for producing a workpiece according to claims 1 to 3, characterized in that on the other material, as known per se, internal compressive stresses, for example by sand or steel shot blasting, are applied. Considered publications: German Patent Nos. 848 728, 685 225, 670 033, 670 032, 636 520, - 531067, 330 707; Austrian patent specification No. 130 9013 "Werkstattstechnik und Maschinenbau", year 1952, issue 8, p. 340; Born 1956, issue 6, p. 278.