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Spannungsreduzierung in metallischen Werkstücken
durch Ultraschallbehandlung


Dr. V. Prieb
"MFS-Büro Dr. Prieb", Berlin, 2001
(im Auftrag von IHK Bremen)


Kurzfassung: Aufgrund der Analyse von theoretischen und experimentellen Daten wird ein Ultraschallverfahren als Behandlungsmethode für den Abbau von mechanischen Innenspannungen (Eigenspannungen) in metallischen Werkstücken statt traditionellen und aufwendigen Glühensverfahrens vorgeschlagen. Die Ultraschallbehandlung beinhaltet sowohl die für den Abbau von Innenspannungen traditionellen Einwirkungsmechanismen als auch ultraschallspezifische Effekte. Technische Aspekte und Anforderungen an die Ultraschallgeneratoren und Schwingungssysteme werden ebenfalls betrachtet.

Das Problem: Bei jeder Herstellungs- und Verarbeitungsart von metallischen Werkstücken entstehen in diesen die Innenspannungen, die einander innerhalb des Volumens des Werkstückes ausgleichen, nach dem Ende des technologischen Verfahrens völlig oder teilweise erhalten bleiben und deswegen auch als restliche Innenspannungen oder Eigenspannungen bezeichnet werden. Die restlichen Innenspannungen sind von elastischer Natur, d. h. sie liegen unter der kritischen Spannung des plastischen Fließens.

Diese makroskopischen Eigenspannungen (sogenannte Spannungen der 1. Ordnung) entstehen als Ergebnis einer ungleichen plastischen Verformung oder einer ungleichen Änderung des spezifischen Volumens in verschiedenen Bereichen des Metallkörpers. Die Eigenspannungen wirken sich auf das Verhalten eines metallischen Werkstückes bei seiner Verarbeitung, Nutzung und sogar Lagerung aus. Sie können eine Formänderung (Verzug), eine nicht tolerierbare Änderung der Größe oder manchmal sogar die Zerstörung eines Werkstückes (z. B. Gussteile aus Al-Legierungen) verursachen. Ein Verzug durch Biege- oder Torsionsverformung findet bei einer spanenden Formung (Schneiden, Drehen, Fräsen usw.) eines metallischen Werkstückes statt, bei der das Gleichgewicht von inneren Restspannungen im Volumen gestört wird.

Mehr dazu:
"Ultraschallbehandlung von metallischen Werkstücken und Geräteteilen"
- gesammelte Artikel (PDF-Datei)