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Mechanisms in fatigue strength improvement of thermomechanically manufactured automotive suspension springs

机译：热机械制造的汽车悬架弹簧的疲劳强度改善机理

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In einem vorhergehenden Forschungsvorhaben wurde festgestellt, daß die Dauerfestigkeit von Fahrzeugtragfedern durch thermomechanische Behandlung (TMB) um bis zu 40 % verbessert werden kann. Ziel der vorliegenden Untersuchung ist es, zu einem besseren Verständnis der dabei wirkenden werkstofftechnischen Mechanismen beizutragen. Zunächst wird untersucht, welchen Einfluß der Oberflächenzustand auf die Wirkung der TMB im Bauteil Feder hat. Zu diesem Zweck wurde die Oberfläche der Flachfederproben aus 50CrV4 bzw. einer Nb-mikrolegierten Variante dieses Stahls vor dem Vorsetzen und Spannungsstrahlen geschliffen. Werkstofftechnische Untersuchungen berücksichtigten besonders Rißbildung und -Wachstum. Als wichtigste Ergebnisse sind zu nennen: Das Schleifen der Federoberfläche führt zu Steigerungen der Dauerfestigkeit, die nach einer konventionellen Wämebehandlung ausgeprägter sind als nach TMB. Folglich sind hier die durch TMB erreichbaren Vorteile geringer. Eine Erklärung sowohl für die Verbesserungen infolge TMB als auch für deren Abschwächung durch Schleifen der Oberfläche liegt in den veränderten bruchmechanischen Kennwerten. Insbesondere führt TMB zu einer deutlich verzögerten Rißbildung im Zeitfestigkeitsbereich und zu einer erhöhten Spannungsintensität ohne Rißbildung.%In a previous work, application of thermomechanical treatment (TMT) to suspension spring samples led to high increases in fatigue strength (up to 40 %). For the purpose of a better comprehension of these results, further investigations were carried out with major attention to the mechanical properties of quenched and tempered steel 50CrV4 and a Nb-microalloyed variant of this steel, respectively. First, the samples were ground prior to presetting, stress peening and subsequent dynamic testing. This was done to work out the influence of the surface state on the benefits of TMT. An extended program of materials testing was carried out with particular attention on the crack initiation and growth features of thermomechanically treated steel compared to conventional heat treatment (CHT). One of the results was that grinding of the spring surface causes further improvement of fatigue strength. On the other hand, the advantages of TMT compared to CHT are reduced as a result of surface grinding. The reason for this result is an overproportional increase in fatigue strength of CHT specimens due to grinding. An explanation imaginable for both the improvements caused by TMT and the reduction of these improvements after grinding could be the change in fracture mechanical properties. In particular TMT causes a significantly retarded crack initiation in the finite life range and an increased permissible stress intensity without crack formation.
机译：在先前的研究项目中，发现通过热机械处理（TMB）可以将车辆悬架弹簧的疲劳强度提高40％。本研究的目的是有助于更好地理解所涉及的机械机制。首先，检查表面条件对弹簧组件中TMB的影响有什么影响。为此，在应用和应力喷砂之前，先对由50CrV4或该钢的Nb微合金化变体制成的板簧试样的表面进行研磨。材料工程研究特别考虑了裂纹的形成和扩展。最重要的结果是：磨削弹簧表面会导致疲劳强度增加，与传统的TMB处理相比，传统热处理后的疲劳强度更加明显。结果，TMB可以实现的优势在这里较低。 TMB的改进以及通过磨削表面而减弱的解释是断裂力学参数的变化。特别是，TMB导致疲劳强度范围内的裂纹显着延迟，并且应力强度增加而无裂纹。％在先前的工作中，对悬架弹簧样品进行热机械处理（TMT）导致疲劳强度大幅增加（最高40％）。为了更好地理解这些结果，我们分别对淬火和回火的50CrV4钢和Nb微合金化钢的力学性能进行了深入研究。首先，在进行预设，应力强化和后续动态测试之前，先将样品研磨。这样做是为了弄清表面状态对TMT益处的影响。进行了扩展的材料测试程序，特别注意与常规热处理（CHT）相比，热机械处理的钢的裂纹萌生和扩展特征。结果之一是弹簧表面的磨削导致疲劳强度的进一步提高。另一方面，由于进行了表面磨削，与CHT相比，TMT的优势有所降低。该结果的原因是由于磨削导致CHT试样的疲劳强度过度按比例增加。对于由TMT引起的改进和在磨削后减少这些改进，可以想象得到的解释可能是断裂机械性能的变化。特别是，TMT会在有限的使用寿命范围内显着延迟裂纹的萌生，并增加允许的应力强度，而不会形成裂纹。

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