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28. April 2017 | 08:20

Grundlagen des Strahlprozesses

Abb. 1: Physikalische Strahlwirkungen

Physikalische Strahlwirkung

Die Oberflächenbehandlung mittels Strahlmitteln beruht auf der Wirkung, die jedes einzelne Strahlmittelkorn beim Aufprall auf die Werkstückoberfläche ausübt. Die zum Teil mit hohen Geschwindigkeiten von über 100 m/s auftreffenden Körner prallen von der Oberfläche ab, erfahren je nach Auftreffwinkel eine leichte Ablenkung bis hin zu einer Richtungsumkehr und geben bei diesem unelastischen Stoß einen Teil ihrer Energie an die Oberfläche ab, die dabei ihre Gestalt verändert. Die beim Stoß frei werdende Energie wird in eine Formänderung und eine lokale Erwärmung der Oberfläche sowie der Strahlmittelkörner selbst umgesetzt.

Die Größe der übertragenen Energie hängt von der Kornenergie, den Eigenschaften des Strahlmittels wie Kornform, Kornwerkstoff und Kornhärte, dem Auftreffwinkel sowie den Eigenschaften der bestrahlten Oberfläche ab. Die Kornenergie berechnet sich nach der einfachen physikalischen Formel W=1/2mv2 und wächst damit proportional mit der Kornmasse und quadratisch mit der Korngeschwindigkeit.

Die primären Strahlwirkungen auf die Werkstückoberfläche durch die Umwandlung der kinetischen Energie des Korns können wie folgt unterschieden werden (siehe auch Abbildung 1):

  • plastische Verformung - Veränderung der Oberflächenstruktur durch Materialverschiebung
  • Verfestigung - Erhöhung der Versetzungsdichte im metallischen Kristallgitter
  • Abtragung - Veränderung der Oberflächenstruktur durch Herauslösen von Partikeln

Die plastische Verformung kommen nur bei metallischen oder weichen nichtmetallischen Oberflächen zum Tragen, die Verfestigung ist nur bei metallischen Werkstoffen möglich. Beide Wirkungen beruhen auf dem Hämmereffekt eines auf der Oberfläche einschlagenden Korns, der sowohl eine Veränderung der Oberflächenstruktur als auch eine Erhöhung der Versetzungsdichte im Kristallgitter zur Folge hat. Die eingebrachten Spannungen können sogar eine Verformung des gesamten Werkstücks zur Folge haben, was bei dünnwandigen Teilen unbedingt zu beachten ist. Die abtragende Wirkung entsteht dann, wenn sich das Material auf Grund seiner Eigenschaften oder der Eigenschaften des Strahlmittels wie Kornform und -härte nicht ausreichend schnell verschieben kann.

Die tatsächlichen Strahlwirkungen lassen sich in der angewandten Strahltechnik praktisch nicht voneinander trennen, da nahezu jede plastische Verformung auf Grund der hohen Umformgeschwindigkeiten auch einen Materialabtrag zur Folge hat. Umgekehrt lässt sich bei den Metallen ein gewünschter Oberflächenabtrag nicht ohne plastische Veränderung der Oberfläche auf Grund von Materialverschiebungen realisieren.

Strahltechnische Kenngrößen

Gemäß der der Strahltechnik zu Grunde liegenden Norm undefinedDIN 8200 sind für die Durchführung eines Strahlprozesses verschiedene Kenngrößen maßgeblich. Zur logisch einwandfreien und vollständigen Beschreibung dürfen diese allerdings nicht vermischt, sondern müssen in Präzisierung der Norm unbedingt wie folgt unterschieden werden:

  • Strahlkenngrößen zur Kennzeichnung des physikalischen Strahlprozesses
  • Maschinenkenngrößen zur Kennzeichung der Bearbeitung in einer konkreten Strahlmaschine
  • Werkstück- und Oberflächenkenngrößen zur Kennzeichnung des Strahlergebnisses

Diese Kenngrößen werden auf der Seite undefinedprozesskenngrößen im Einzelnen genauer spezifiziert. Die Seite undefinedprozesshinweise  zeigt den Einfluss der strahltechnischen Kenngrößen auf Strahlprozess und Strahlergebnis und gibt  nützliche Hinweise zur gezielten Beeinflussung des Prozesses.