Spur gear teeth reconstruction via direct laser deposition

• Type: Article in International Scientific Journal
• Date: 2024

Authors

Romio, PC (Author) Other; Marques, PMT (Author) Other; Seabra, JHO (Author) Other; Carlos M C G Fernandes (Author) FEUP; Gil, J (Author) Other; Cardoso, R (Author) Other; Vieira, MF (Author) FEUP; Cruz, JM (Author) Other

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Title: FORSCHUNG IM INGENIEURWESEN-ENGINEERING RESEARCH

Vol. 88

ISSN: 0015-7899

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Authenticus ID: P-00Z-PSB

DOI: 10.1007/s10010-023-00721-3

Abstract (EN): Fatigue damage, such as pitting and tooth root fatigue fracture, is one of several gear failure modes encountered in practical applications. Some of these failure modes are traditionally repairable, while others are known to be catastrophic and unrepairable. Direct Laser Deposition (DLD) is a Metal Additive Manufacturing process that could overcome this problem and extend the useful gear life. The DLD repair process proved to be applicable in several cases. Nevertheless, concrete applications for gears are still scarce and limited to preset teeth reconstruction without discussing functional applications. Based on that perspective, this research aims to evaluate the DLD performance of a gear under actual operation. This work details the strategy applied to restore a base material case-hardened 16 MnCr 5 FZG-C Type C-GF pinion using a DLD combination of pure Inconel 625 (MetcoClad 625) for the tooth core and pure AISI 431 (Metco 42C) as a superficial coating. The pinion was tested for over 2.7 million cycles under different load stages (K1 to K9), functionally resisting until a static torque of 215.6 Nm, although it presented severe surface damage development throughout the campaign. This exploratory work thoroughly discusses the drawbacks encountered in the repair process, materials characterization, surface evolution of the restored teeth against base material, and mass loss during the tests. Ermudungsschaden, wie z. B. Graufleckigkeit und Zahnfussermudungsbruch, sind eine von mehreren Getriebeausfallarten, die in praktischen Anwendungen auftreten. Einige dieser Ausfallarten sind traditionell reparierbar, wahrend andere als katastrophal und nicht reparierbar bekannt sind. Die Reparatur durch direkte Laserabscheidung (DLD) ist ein additives Fertigungsverfahren, das diese Probleme uberwinden und die Lebensdauer des Getriebes verlangern konnte. Das DLD-Reparaturverfahren hat sich in mehreren Fallen als anwendbar erwiesen, von Schienen bis zu Zahnradern. Dennoch sind konkrete Anwendungen fur Zahnrader noch rar und beschranken sich auf die Rekonstruktion von Zahnen, ohne funktionelle Anwendungen zu diskutieren. Basierend auf dieser Perspektive zielt diese Forschungsarbeit darauf ab, die DLD-Reparaturleistung eines FZG-Getriebes unter realem Betrieb zu bewerten. Diese Arbeit beschreibt die Strategie zur Wiederherstellung eines einsatzgeharteten 16 MnCr 5 FZG-Typ-C-Ritzels aus Grundmaterial unter Verwendung einer DLD-Kombination aus reinem Inconel 625 (MetcoClad 625) fur den Zahnkern und reinem AISI 431 (Metco 42C) als Oberflachenbeschichtung. Das Ritzel wurde uber 2,7 Mio Zyklen in verschiedenen Belastungsstufen (K1 bis K9) getestet und hielt bis zu einem Drehmoment von 215,6 Nm funktionell stand, obwohl es wahrend der gesamten Versuche Oberflachenschaden aufwies. Diese explorative Arbeit diskutiert grundlich die Nachteile, die beim Reparaturprozess, der Materialcharakterisierung, der Oberflachenentwicklung der reparierten Zahne gegenuber dem Basismaterial und dem Masseverlust wahrend der Tests aufgetreten sind.

Language: English

Type (Professor's evaluation): Scientific

No. of pages: 15