Numerical and experimental investigations on shot-peened high-strength steel by means of hole drilling, X-ray, synchrotron and neutron diffraction analysis

Numerous experimental works have been devoted to studying the influence of different shot peening parameters on the surface material conditions in different metals in the last decades. Most of the research work has been focused on experimental determination of the residual stress and its depth profile by means of X-ray diffraction and corresponding electro-polishing of the surface layers or by hole drilling method. This state of knowledge has led to the development of phenomenological models to describe the surface material conditions qualitatively. Since there are quite a number of parameters, which could influence the residual stress field after shot peening, covering the whole possible process parameters combinations with the purpose of experimentally determining the residual stress profiles could be difficult. A deeper insight into the residual stress states after shot peening could be possible on the basis of sound physical principles by means of numerical approaches. In this study, shot peening of high strength steel S690QL has been modeled and simulated. The results have been compared with the residual stress depth profiles determined by X-ray, synchrotron, neutron diffraction and hole drilling method.

Zahlreiche experimentelle Arbeiten sind seit Jahrzehnten an verschiedenen Metallen durchgeführt worden mit dem Ziel, den Einfluss von Kugelstrahlen auf die oberflächennahe Werkstoffzustände zu untersuchen. Die meisten der Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die experimentelle Bestimmung der Eigenspannungen und deren Tiefenprofile mit Hilfe von Röntgenbeugung mit entsprechendem Elektropolieren der Oberflächenschichten oder Bohrlochverfahren. Diese wertvolle Wissensbasis hat zur Entwicklung von phänomenologischen Modellen geführt, die die Oberflächenwerkstoffzustände qualitativ beschreiben. Da es eine ganze Reihe von Prozessparametern gibt, die das Eigenspannungsfeld nach dem Kugelstrahlen beeinflussen können, ist die reine experimentelle Eigenspannungsbestimmung schwierig und kostspielig. Ein tiefer Einblick in die Eigenspannungszustände nach dem Kugelstrahlen ist, basierend auf Werkstoffmechanik und numerische Simulation, möglich. In dieser Veröffentlichung wurde das Kugelstrahlen von hochfestem Stahl S690QL modelliert und simuliert. Die Ergebnisse wurden durch Röntgen-, Synchrotron- und Neutronenbeugungsverfahren und auch durch Bohrlochmethode bestimmt und mit den Eigenspannungstiefenprofilen verglichen.