Shot peening using spherical micro specimens generated in high‐throughput processes

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Vol. 50; no. 1; pp. 5 - 13
• Main Authors: Kämmler, J., Wielki, N., Guba, N., Ellendt, N., Meyer, D.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Weinheim Wiley Subscription Services, Inc 01.01.2019
• Subjects: Compressive properties; Deformation mechanisms; Deformation resistance; Einzeltropfenerzeugung; Impact velocity; impulse atomization; Impulszerstäubung; Kugelstrahlen; Material properties; Micro specimens; Mikroproben; particle characterization; Partikelcharakterisierung; Plastic deformation; plastische Deformation; Residual stress; Shot peening; single droplet generation; Surface treatment; Yield strength; Yield stress
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.201800068

Mechanical surface treatment processes like shot peening induce plastic deformation in the near surface areas of the peened workpiece leading to changes in surface and subsurface properties, e. g. hardness alteration and generation of compressive residual stress. While changes of the processed part are desired because of the lifetime extending influence, changes of the shot material are normally neglected as it is chosen to be highly resistant. Within this work plastic deformation of the shot material X210Cr12 and AlSi12 is examined. By investigating the plastic deformation of the particles, an indirect analysis of material properties, e. g. the yield stress or the hardness, is possible. A consideration of the particle velocities also enables conclusions about the materials properties. Those properties are conventionally obtained in a material, time, and cost intensive way. Using the same jet pressure, the investigations show lower velocities and less pronounced plastic deformation for the X210Cr12 specimens. Due to their higher mass, the X210Cr12 particles of same diameter are accelerated slower and therefore reach a lower impact velocity compared to AlSi12 particles. Furthermore, the lower plastic deformation at identical velocities can be explained with the higher yield stress of the X210Cr12 particles. Translation Mechanische Verfahren zur Oberflächenbearbeitung, wie beispielsweise Kugelstrahlen, erzeugen plastische Deformationen in oberflächennahen Bereichen des Strahlguts. Diese führen zu Veränderungen der Randzoneneigenschaften, wie beispielsweise der Härte, und zur Ausbildung von Druckeigenspannungen. Während diese Änderungen des Strahlguts aufgrund ihrer lebensdauerverlängernden Wirkung erwünscht sind, wird die Veränderung des Strahlmittels in der Regel vernachlässigt, da für dieses ein widerstandsfähiges Material verwendet wird. Im Rahmen dieser Arbeit wird die plastische Deformation der Strahlmittel aus X210Cr12 sowie AlSi12 untersucht. Durch die Analyse der Partikeldeformation wird eine indirekte Beschreibung von Materialeigenschaften, wie beispielsweise der Streckgrenze oder der Härte, ermöglicht. Die Betrachtung der Partikelgeschwindigkeiten lässt ebenfalls Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften zu, welche konventionell in material‐, zeit‐ und kostenintensiven Versuchen ermittelt werden. Wird derselbe Strahldruck verwendet, zeigen die Untersuchungen der X210Cr12 Partikel geringere Geschwindigkeiten sowie weniger stark ausgeprägte Deformationen. Aufgrund der höheren Masse werden die X210Cr12 Partikel desselben Durchmessers bei gleichem Druck weniger stark beschleunigt, wodurch im Vergleich zu den AlSi12 Partikeln geringere Aufprallgeschwindigkeiten folgen. Weiterhin kann die geringere plastische Deformation bei, über eine Variation des Druckes erreichten, identischen Geschwindigkeiten unter anderem auf die höhere Streckgrenze von X210Cr12 zurückgeführt werden.