Einfluss des Laserschneidens auf das Ermüdungsverhalten eines metastabilen austenitischen Stahls

Das Laserstrahlschneiden stellt ein innovatives Verfahren dar, welches im Vergleich zu konventionellen Schneidprozessen eine Vielzahl an Vorteilen aufweist, aber mit zunehmender Blechdicke auch ein entscheidenden Nachteil, nämlich eine Zunahme der Oberflächenrauheit der Schnittkanten. Um den Einfluss des Laserstrahlschneidprozesses auf das Ermüdungsverhalten bewerten zu können und daraus Optimierungsstrategien abzuleiten, gilt es die Oberflächengeometrie und die oberflächen-nahe Mikrostruktur im Hinblick auf die Schwingfestigkeit zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden laserstrahlgeschnittene Ermüdungsproben verschiedener Blechdicken (2, 4 und 6 mm) aus dem met-astabilen Austenitstahl AISI 304 mithilfe eines Festkörper-Scheibenlasers hergestellt. Ermüdungsversuche wurden an einem Resonanzpulsationsprüfstand für Spannungsverhältnisse von R = -1 und R = 0,1 durchgeführt. Zur Charakterisierung der Einflüsse von Makrodefekten und das für den Laserschnitt charakteristische Oberflächenrelief wurden die Ermüdungsproben fraktographisch analysiert. Der signifikante Abfall der Schwingfestigkeit ließ sich so charakteristischen Schnittkantenmerkmalen zuordnen.

Laser cutting is an attractive and innovative manufacturing process, which has many ad-vantages compared to conventional cutting methods. However, increasing the work piece thickness a significant roughness increasing along the kerf surface is observed. In order to evaluate the influence of laser cutting processes on fatigue behavior and optimize the cutting parameters, the impact of the geo-metrical surface characteristics and microstructural changes after laser cutting are investigated. For this purpose specimens are cut out by high-power solid-state disk laser from sheets with 2, 4, 6 mm thickness of the metastable austenitic stainless steel of type AISI 304. Cyclic tests are performed using a resonance frequency test system at two different stress ratios (R = -1 and R = 0.1) followed by fractographic analysis in order to evaluate the influence of the surface roughness and surface-related macro defects on crack initiation. The reduction of fatigue strength of parts cut by laser is quantified and the most critical characteristic responsible for this detrimental effect is identified.