Oberflächentechnik

Festwalzen dünnwandiger Rohre optimiert Rohrinnenoberfläche

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Festwalzen der Rohre verbessert auch die mechanischen Eigenschaften

Die bereits beschriebene Veränderung der Gefügestruktur geht auch mit einer Veränderung der mechanischen Eigenschaften einher. Durch den Festwalzprozess werden Druckeigenspannungen in die Oberfläche eingebracht. Dadurch wird die Dauerfestigkeit der bearbeiteten Komponente erhöht [3]. Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wird an dieser Stelle anhand der Zunahme der Mikrohärte bewertet. Die Verfestigung der Randzone bei den Titanrohren ist in Bild 12 dargestellt.

Die Härte wird durch das Festwalzen im Randbereich erhöht. Die Zunahme beträgt im Vergleich zum Ausgangszustand 32 %. Aufgrund der geringen Wandstärke nimmt die Härte des Titanwerkstoffes über die gesamte Wanddicke zu.

Neben dem Festwalzen unbeschichteter Rohre wurde auch das Festwalzen beschichteter Rohre analysiert. Hierbei kam ein Sonderwerkzeug, bei dem die Walzkörper hydrostatisch ausgesteuert werden, zum Einsatz. Bei der Beschichtung handelt es sich um eine sehr duktile Silberbeschichtung, die sehr leicht zu verformen ist. Aufgrund dessen ist die Festwalzkraft entsprechend gering zu wählen. In Voruntersuchungen zum Außenfestwalzen konnte eine Festwalzkraft von 150 N als zielführend herausgestellt werden. Dies entspricht bei dem verwendeten Versuchsaufbau einem Druck an der Hochdruckpumpe von etwa 15 bar.

Rauheit der galvanisch aufgebrachten Beschichtung durch das Festwalzen verbessert

Das Prozessergebnis beim Festwalzen der Beschichtung ist in Bild 13 dargestellt. Mit dem Werkzeugkonzept ist eine Glättung der innen aufgebrachten Beschichtung möglich. Im Ausgangszustand weist die galvanisch aufgebrachte Beschichtung eine relativ schlechte Rauheit auf. Durch den Walzprozess wird die Schichtoberfläche geglättet. Die Beständigkeit bei einer abrasiven Belastung wird erhöht.

Fazit: Im Rahmen der Arbeiten konnte ein Versuchsaufbau zum Festwalzen dünnwandiger Rohre entwickelt werden. Mit angepassten Spannaufsätzen und einer geschlitzten Ummantelung wurde eine Vorrichtung geschaffen, mit der es möglich ist, die Rohre im Abwassersystem von Flugzeugen mit einer Wandstärke von 0,7 mm festzuwalzen. Hierbei konnte bei den geschweißten Titanrohren die Schweißnaht, an der sich aufgrund der rauen Oberfläche bevorzugt Biofilme bilden, komplett geglättet werden. Darüber hinaus konnte die Oberfläche der Rohre aufgehärtet werden, was mit einer höheren Beständigkeit einhergeht. Neben den unbeschichteten Titanrohren wurden auch beschichtete Rohre erfolgreich festgewalzt. Hierbei konnte die Schicht mit Hilfe eines innovativen Werkzeugkonzeptes geglättet werden, wodurch die Beständigkeit gegen eine abrasive Belastung erhöht wird.

Literatur

  • [2] Landau, Prof. U. (2013): AGXX – Eine nachhaltige Lösung für die Entkeimung wässriger Lösungen, in: Galvanotechnik (11/2013), S. 2169 - 2184.
  • [3] Broszeit, E.; Steindorf, H.: Mechanische Oberflächenbehandlung - Festwalzen, Kugelstrahlen, Sonderverfahren. DGM-Informationsgesellschaft, Oberursel (1990)

* Prof. Dr.-Ing Dirk Biermann ist Leiter des Instituts für Spanende Fertigung der Technischen Universität in 44227 Dortmund, Dipl.-Ing. Hendrik Abrahams und Dipl.-Ing. Moritz Fuß sind dort wissenschaftliche Mitarbeiter. Die Autoren danken der Europäischen Union und dem Land Nordrhein-Westfalen für die finanzielle Förderung des Verbundprojektes „Nemako – Neue Materialien zur Korrosionsvorbeugung in der Luftfahrt“. Darüber hinaus geht ein Dank an die Largentec Vertriebs GmbH, Berlin für die AGXX-Beschichtung der Versuchskörper sowie das eingebrachte Know-how.

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