Residualspannungen

Residualspannungen sind innere Spannungen, die in einem Werkstück vorhanden bleiben, obwohl keine äußeren Kräfte wirken. Sie entstehen durch plastische Verformung, Phasenumwandlungen oder ungleichmäßiges Abkühlen während Fertigung, Bearbeitung oder Beschichtung und können an der Oberfläche oder im Inneren auftreten. Ihre Verteilung hängt von Material, Geometrie und Fertigungsgeschichte ab.

Ursachen umfassen Formgebungsprozesse wie Walzen, Biegen, Tiefziehen, Wärmebehandlung, Abschrecken, Schweißen, mechanische Bearbeitung sowie Temperaturgradienten während Abkühlung. Residualspannungen können sowohl Zug- als auch Druckspannungen sein; Oberflächenzonen sind häufig stärker belastet als das Innere.

Messung erfolgt meist zerstörungsfrei durch Röntgen- oder Neutronen-Diffraktion, Lochbohr- oder Ring-Core-Methoden oder durch die Konturmethode; zerstörende Verfahren wie Probenanschnitt liefern zusätzliche Informationen über die Verteilung durch die Dicke.

Auswirkungen umfassen Verziehen, Maßänderungen und Beeinflussung der Ermüdungslebensdauer. Kompressive Restspannungen erhöhen oft die Ermüdungsfestigkeit (z. B. durch Peening); Zug- oder hohe Restspannungen können Rissbildung begünstigen, insbesondere bei hohen Temperaturen oder in korrosiven Medien. Restspannungen müssen daher bei Design und Fertigung berücksichtigt werden.

Gegenmaßnahmen umfassen Spannungsrelaxation durch Ausglühen oder gezielte Wärmebehandlung, Optimierung von Umform- oder Schweißprozessen sowie Oberflächenbehandlungen. Methoden wie Peening, Laser- oder Induktionshärtung oder kontrolliertes Abtragen von Material können Restspannungen gezielt redistributionieren.