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Material Model of Case-Hardened Steels for Turbo Gear Applications

Description du projet

Ils tournent encore et encore, plus solides que l’acier et infatigables

Les engrenages sont des dispositifs mécaniques simples utilisés depuis des milliers d’années pour transférer du mouvement et du couple depuis et vers différents composants. Les engrenages des moteurs aérospatiaux modernes ne font pas exception à la règle. Toutefois, les charges qu’ils supportent sont énormes. Il existe de nombreux processus capables de modifier les propriétés de l’acier. La cémentation, souvent appelée trempe de surface, constitue l’une des méthodes les plus efficaces pour augmenter la durabilité de l’acier. Le projet MatCH4Turbo, financé par l’UE, entend mettre au point un banc d’essai qui donnera naissance à un modèle numérique de comportement des matériaux soumis à la cémentation dans le régime de «fatigue polycyclique élevée». Celui-ci permettra aux ingénieurs de concevoir des engrenages en acier cémenté à toute épreuve destinés aux nouveaux moteurs aérospatiaux.

Objectif

The objective of this joint effort between WZL of RWTH Aachen and Leibniz-IWT Bremen is to allow the extension of a fail-safe calculation of material life for future case-hardening steels considering the VHCF regime, which is indispensable for the new generation of epicyclic gear applications. To achieve this top-level objective, several sub-objectives have to be completed such as:

a) Develop fast rotating recirculating sub-element test rig for determining tooth root bending strength under reverse bending conditions;
b) Gain material data for two new case hardening steel developments in the VHCF-regime;
c) Develop and validate a VHCF material model.

With respect to the call, the consortium is able to fulfil the requirements of experience in test rig development, manufacture and instrumentation as well as a quality controlled management of facilities and processes for a recirculating rig testing (WZL). The gear test processing includes all aspects of test gear design, instrumentation measurements, measurement uncertainties and limitations. Especially due to the fact, that WZL has a gear testing environment that is already officially approved by aircraft engine producers a high potential for a successful dissemination of the project results into industry is expected. The methods utilise FE-based strength analysis in weakest link models and analysis to ISO 6336 standard (WZL). The consortium is capable to characterise the material and failure mechanisms by residual stress measurement by X-ray diffraction, electron microscopy, and metallography at highest standard as well as to describe material failure phenomena in the VHCF regime through theoretical models (Leibniz-IWT). Based on the combined experiences the collaboration of WZL and Leibniz-IWT allows for a successful derivation of VHCF material model for case hardened gear steels for application in an epicyclic power gearbox.

Coordinateur

RHEINISCH-WESTFAELISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE AACHEN
Contribution nette de l'UE
€ 1 943 725,00
Adresse
TEMPLERGRABEN 55
52062 Aachen
Allemagne

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Région
Nordrhein-Westfalen Köln Städteregion Aachen
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
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Coût total
€ 1 943 725,00

Participants (1)