Auswirkung zyklischer Temperaturänderungen beim Laserstrahlhärten auf den Randschichtzustand von vergütetem 42CrMo4

T. Mioković; V. Schulze; O. Vöhringer; D. Löhe

doi:10.3139/105.100334

Article

Auswirkung zyklischer Temperaturänderungen beim Laserstrahlhärten auf den Randschichtzustand von vergütetem 42CrMo4

T. Mioković , V. Schulze , O. Vöhringer and D. Löhe

Published/Copyright: May 2, 2013

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From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 60 Issue 3

Kurzfassung

Bei der Laserstrahlhärtung von Stählen lassen sich bei geeigneter Temperatur-Zeit-Führung durch Gefüge, Eigenspannungs- und Verfestigungszustand charakterisierte Randschichtzustände erzeugen, die verbesserte mechanische und tribologische Eigenschaften aufweisen. Das Spektrum der bei derartigen Behandlungen erzielbaren Zustände ist, insbesondere bei zyklischen Temperaturänderungen, bislang nicht untersucht. In der vorliegenden Arbeit werden daher systematische Untersuchungen zum Laserstrahlhärten mit zyklischen Temperaturänderungen am niedriglegierten Vergütungsstahl 42CrMo4 vorgestellt. Die unter Variation von Erwärmgeschwindigkeit, Abkühlgeschwindigkeit, Zyklenzahl und Minimaltemperatur entstehenden Gefüge werden anhand der sich einstellenden Härtetiefenprofile analysiert und bewertet.

Abstract

During laser surface hardening of steels using specific time-temperature-courses hardened surface layers characterised by microstructure, residual stress and hardness can be generated which lead to enhanced mechanical and tribological properties. Up to now, the range of hardened states achievable by laser surface hardening is not studied comprehensively. In particular there is a lack of data concerning the effect of cyclic temperature changes on the hardening results. Therefore in this work systematical studies concerning laser heat treatments with cyclic temperature changes are presented at the low-alloyed quenching and tempering steel AISI 4140 (German grade 42CrMo4). The influence of heating rate, cooling rate, numbers of pulses, and minimum temperature on the resulting microhardness-depth-profiles is analysed and evaluated.

Frau Dipl.-Phys. Tatjana Miokovic´, geb. 1974, studierte von 1994 bis 2000 an der Universität Karlsruhe (TH) Physik. Seit 2001 ist sie als Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe (TH) tätig, wo sie im Februar 2005 auf dem Gebiet der Laserstrahlhärtung promovierte.

Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Volker Schulze, geb. 1965, studierte von 1985 bis 1990 an der Universität Karlsruhe (TH) Maschinenbau. Danach nahm er eine Stellung als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe (TH) an. Nach seiner Promotion im Jahr 1993 blieb er an diesem Institut und ist dort heute Akademischer Oberrat und Leiter der Abteilung “Fertigung und Bauteilverhalten“. 2004 habilitierte er sich im Fach “Werkstoffkunde“.

Prof. Dr.-Ing. Detlef Löhe, geb. 1949, studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe (TH) und war anschließend von 1976 bis 1980 Wissenschaftlicher Assistent am Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe (TH). Nach seiner Promotion im Jahre 1980 wurde er Gruppenleiter und Akademischer Rat an o. g. Institut. 1991 nahm er einen Ruf an die Universität-GH Paderborn auf eine Professur für Werkstoffwissenschaften an und baute das gleichnamige Fachgebiet auf. 1994 kehrte er als Lehrstuhlinhaber an das Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe (TH) zurück.

Prof. Dr. rer. nat. Otmar Vöhringer, geb. 1938, studierte Physik an der TH Stuttgart und promovierte 1966. Er war dann als Oberassistent am Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe (TH) tätig und habilitierte sich 1972 für das Fach Werkstoffkunde. 1974 wurde er zum Professor an der Universität Karlsruhe (TH) ernannt. Von 1988 bis 2003 war er Mitglied der kollegialen Institutsleitung an o. g. Institut.

Literatur

1. Hick, A. J.: Rapid surface heat treatment – a review of laser and electron beam hardening. Heat Treatment of Metals10 (1983), S. 3–11Search in Google Scholar

2. Tönshoff, H. K.: Randschichthärten mit kW-Festkörperlasern. HTM44 (1989), S. 32–36Search in Google Scholar

3. Meyer-Kobbe, C.: Randschichthärten mit Nd:YAG- und CO₂-Lasern. Dissertation, Universität Hannover, 1990Search in Google Scholar

4. Müller, K.: Werkstoffkundliche Qualifizierung des Randschichthärtens mit Laserstrahlung. Dissertation, Universität Bayreuth, 1999Search in Google Scholar

5. Singh, H. B.; Copley, S. M.; Bass, M.: Fatigue resistance of laser heat-treated 1045 carbon steel. Metall. Trans. A12 (1981), S. 138–140Search in Google Scholar

6. Merrien, P.; Lieurade, H. P.; Theobalt, M.; Baudry, G.; Puig, T.; Leroy, F.: Fatigue strength of laser beam surface treated structural steels. Surf. Eng.8 (1992), S. 61–65Search in Google Scholar

7. Mazumder, J.: Laser heat treatment: The state of the art. J. Met.35 (1983), S. 18–26Search in Google Scholar

8. Zhang, X. M.; Man, H. C.; Li, H. D.: Wear and friction properties of laser surface hardened En31 steel. Journal of Materials Processing Technology69 (1997), S. 162–166Search in Google Scholar

9. Miokovic´, T.: Analyse des Umwandlungsverhaltens bei ein- und mehrfacher Kurzzeithärtung bzw. Laserstrahlhärtung des Stahls 42CrMo4. Dissertation, Universität Karlsruhe (TH), 2005Search in Google Scholar

10. Miokovic´, T.; Schulze, V.; Vöhringer, O.; Löhe, D.: Influence of heating rate, cooling rate and numbers of pulses on the microstructure of AISI 4140 after short-time-hardening. Int. Journal Material and Product Technology: “Quenching and Distortion”, im DruckSearch in Google Scholar

11. Rose, A.; Strassburg, W.: Kinetik der Austenitbildung unlegierter und niedriglegierter untereutektoidischer Stähle. Arch. Eisenhüttenwes.27 (1956), S. 513–520Search in Google Scholar

12. Bergmann, H. W.; Stiele, H.; Bohner, F.: Gefüge unlegierter Stähle. HTM52 (1997), S. 108–116Search in Google Scholar

13. Zenker, R.: Umwandlungsbedingungen, Erscheinungsformen und Härte massiver und martensitischer Phasen in Fe-Legierungen. Dissertation, Technische Hochschule Karl-Marx-Stadt, 1975Search in Google Scholar

14. Hosenfeldt, T.; Schnack, S.; Seefeld, T.; Kutschan, K.; Bomas, H.; Kienzler, R.; Mayr, P.: Schwingfestigkeit des Stahls 42CrMo4 nach partieller Härtung mit gepulster Laserstrahlung. HTM54 (1999), S. 316–328Search in Google Scholar

Erhalten: 2005-04

Online erschienen: 2013-05-02

Erschienen im Druck: 2005-06-01

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https://doi.org/10.3139/105.100334