AWT-Info / HTM 03-2024

Liebe Freundinnen und Freunde, liebe Mitglieder unserer AWT

unser 80. HärtereiKongress rückt näher – 80 Jahre Know-How, Anlagentechnik und Prozesse. Dekaden voller persönlicher Begegnungen, Weiterentwicklungen und neuer Ansätze in Wärmebehandlung und Werkstofftechnik für die Lohnwärmebehandlung und die Eigenfertigung. Und so vielfältig und interessant wie unsere Branche und unsere tägliche Arbeit ist auch der diesjährige HärtereiKongress 2024.

Das Programm steht, und es gibt Themenblöcke wie beispielsweise Einsatzhärten und Nitrieren, die einen wesentlichen Teil unserer Arbeit ausmachen. Aber wie immer gibt es auch dieses Jahr mehr als nur einen Blick über den Tellerrand, um sich mit möglichen Neuerungen und der Zukunft der Wärmebehandlung auseinanderzusetzen. Neben Machine-Learning-Ansätzen, die unsere Arbeit erleichtern und auch dem allgegenwärtigen Fachkräftemangel entgegenwirken können, werden neue Legierungs-, Verfahrens-, Prozess- und Chargiermittelansätze vorgestellt. Aufgrund der stetigen Weiterentwicklung ist auch der Additiven Fertigung ein ganzer Themenblock gewidmet, der sich mit der Prozessführung und den erzielbaren Mikrostrukturen und Eigenschaften beschäftigt.

Selbstverständlich sind auch unsere neuen, für die gesamte Wärmebehandlungsbranche wichtigen Arbeitsgebiete wie CO₂-Reduktion, Energieverbrauch und Nachhaltigkeit, fester Bestandteil des HK. Dabei werden Themen wie Abwärmenutzung, umweltfreundliche Endogaserzeugung, Instandsetzung aber auch Weiterentwicklung und Optimierung von Prozessen vorgestellt.

Die Digitalisierung als ein Thema, das uns in der modernen Anlagentechnik schon seit Jahrzehnten begleitet und auch in Zukunft immer wieder Verbesserungspotenzial bieten wird, wird anhand von Beispielen zur optimierten automatisierten Wärmebehandlung und der Rückverfolgbarkeit von Chargiergestellen ebenfalls Gegenstand von Beiträgen sein.

Ein wesentlicher Teil, der zum Erfolg des HK beiträgt und für den Austausch unter Expertinnen und Experten, aber auch als Einstieg für neue Fachkräfte und Interessierte nicht wegzudenken ist, ist auch in diesem Jahr die Messe unserer Branche. Die Messe ist in diesem Jahr umso wichtiger, da wir uns im Jahr 2025 in Wiesbaden auf den HärtereiKongress konzentrieren und nur mit einer begrenzten Tischmesse an den Start gehen können.

In diesem Jahr werden wir auf dem Empfang nicht nur den diesjährigen Karl-Wilhelm-Burgdorf-Preisträger ehren, sondern auf dem Praktikertag auch den Paul-Riebensahm-Preisträger des HK 2023, Herrn Jonathan Wörner, und den Paul-Riebensahm-Preis für den besten Beitrag junger Referenten der Steel Innovation des vergangenen Jahres an Herrn Marcel Hesselmann verleihen.

Seien Sie Teil des HK 2024, lassen Sie sich von innovativen Ansätzen und Beiträgen inspirieren und treffen Sie nationale und internationale Gleichgesinnte, Nachwuchskräfte und Unternehmen, die unsere Wärmebehandlungsbranche ausmachen und in Europa und der Welt Maßstäbe setzen!

Am Dienstag, den 8. Oktober, an dem der Eintritt zur Messe frei ist, werden wir im Anschluss an die AWT-Mitgliederversammlung ab 18:00 Uhr auf dem Messegelände die Gelegenheit haben, gemeinsam die 80. Härterei-Tagung gebührend zu feiern. Dazu lade ich Sie unter dem Motto TalkingHeat@HK herzlich auf den AWT-Stand ein, verbleibe mit freundlichen Grüßen und freue mich auf ein Wiedersehen beim HärtereiKongress 2024 in Köln,

Ihr

Dr. Thomas Waldenmaier (Vorsitzender der AWT)

50 Jahre AWT Härterei- und Werkstoffkreis Bodensee

Am 2. Mai 2024 feierte der AWT Härterei- und Werkstoffkreis Bodensee sein 50jähriges Bestehen mit einer Festveranstaltung im Winzerverein Hagnau. Der Einladung zu einem Fachvortrag des AWT-Vorsitzenden Thomas Waldenmaier zum „Nitrieren und Nitrocarburieren korrosionsbeständiger Stähle“ waren viele Freunde und langjährige Wegbegleiter des Härterei- und Werkstoffkreises gefolgt. Begrüßt wurden auch die vier ehemaligen AWT-Vorsitzenden Helmut Mallener, Stefan Hock, Michael Lohrmann und Winfried Gräfen sowie die die AWT-Geschäftsführerin Sonja Müller.

Im Anschluss an den Fachvortrag berichtete Richard Ganser, Leiter der Verzahnungsmessung bei ZF in Friedrichshafen und selbst Weinbauer, bei einem kurzen Rundgang durch Hagnau über die Tätigkeiten der Weinbauern und Winzer. Im Weinkeller des Winzervereins wurden bei einem Glas Sekt zur Begrüßung die Jubiläumsfässer mit kunstvoller Holzschnitzerei vorgestellt. Dort lagern im Archiv des Winzervereins hinter einem schmiedeeisernen Tor ausgewählte Weine von fast allen Jahrgängen. Bei der anschließenden Weinprobe mit Vesper stellte Richard Ganser die Hagnauer Weine vor.

Der AWT Härterei- und Werkstoffkreis Bodensee wurde im Dezember 1973 von Helmut Mallener gegründet. Nach 29 Jahren übergab er die Leitung an Manfred Oswald. Seit 2006 führt Jörg Kleff diesen Arbeitskreis. In den 50 Jahren wurden 281 Veranstaltungen durchgeführt. Bei etwa 6 Veranstaltungen pro Jahr referieren anerkannte Fachexperten zu Themen der Wärmebehandlung und Werkstofftechnik, aber auch angrenzende Themengebiete aus Produktion, Qualität und Entwicklung sowie neue industrielle Trends werden berücksichtigt. Somit leistet der AWT Härterei- und Werkstoffkreis Bodensee eine wertvolle und kostenlose Weiterbildung für Industrieunternehmen unterschiedlicher Branchen und Studierende im 4-Ländereck am Bodensee. Während der Corona-Pandemie wurden die Veranstaltungen online durchgeführt, damit konnten dann auch überregional regelmäßig Teilnehmende angesprochen werden. Heute gibt es eine gute Mischung aus Präsenz- und online-Veranstaltungen mit immer guter Teilnahme.

Der AWT Härterei- und Werkstoffkreis Bodensee finanziert sich aus Spenden der lokal ansässigen Firmen Rolls Royce Solutions (früher MTU Friedrichshafen), Liebherr-Aerospace Lindenberg, SMW-Autoblok und ZF Friedrichshafen AG. Eine großzügige Spende für das Jubiläum von der Firma Burgdorf unterstützte die Durchführung der Festveranstaltung im Winzerverein Hagnau. Allen Sponsoren einen herzlichen Dank dafür!

Nach 18 Jahren Leitung des AWT Härterei- und Werkstoffkreises Bodensee übergab Jörg Kleff den Staffelstab an Marcel Wicke, einem jungen Werkstoff-Ingenieur aus der Zentralen Werkstofftechnik der ZF Friedrichshafen AG. Mit frischen Ideen und einer gesunden Mischung aus altbewährten und neuen Themenfeldern führt Marcel Wicke den AWT Härterei- und Werkstoffkreis Bodensee in ein neues Jahrzehnt. Gutes Gelingen dabei!

Der neue und ehemalige Leiter des Härtereikreises Bodensee v.l.n.r.: Hartmut Böttger, Helmut Mallener, Jörg Kleff, Marcel Wicke und Manfred Oswald

Der aktuelle AWT-Vorsitzende sowie vier ehemalige Vorsitzende und die AWT-Geschäftsführung würdigten die Arbeit des Härtereikreises Bodensee: v.l.n.r.: Stefan Hock, Michael Lohrmann, Sonja Müller, Helmut Mallener, Winfried Gräfen und Thomas Waldenmaier

Wir begrüßen unsere neuen Mitglieder in der AWT

Personen: Thomas Macher, Robin Oetzbach,

Matthias Schneider, Purrang Tayshete, Rainer Süß

Firmen: Blaser Group GmbH

AWT-Fachausschüsse

Aktuelle Örtlichkeiten und weitere Termine werden laufend auf der AWT-Webseite www.awt-online.org veröffentlicht. Für ausführliche Auskünfte wenden Sie sich bitte an Frau Dietz in der AWT-Geschäftsstelle. Tel. +49 421 5229339, h.dietz@awt-online.org. Stand 15. Mai 2024

Handlungshilfen des AWT-Fachausschusses 14 „Bauteilreinigung“ zum freien Download

Der Fachausschuss 14 der AWT befasst sich mit Themen rund um die Besonderheiten der Bauteilreinigung und -reinheit im Zusammenhang mit einer Wärmebehandlung.

Typische Fragestellungen drehen sich um die Verhinderung von Sperrschichten, die das Wärmebehandlungsergebnis oder die Bauteiloptik negativ beeinflussen oder auch um die Vermeidung von Rückständen, die nachfolgende Prozessschritte beeinträchtigen können.

Der Fachausschuss besteht aus Teilnehmern aus Anwenderbetrieben (Lohnhärtereien und innerbetriebliche Wärmebehandler), Reinigungsmittelherstellern, sowie Herstellern von Reinigungs- und Wärmebehandlungsanlagen und Prüftechnik.

Detaillierte Informationen sind auf der AWT-Webseite www.awt-online.org unter Fachausschüsse – FA 14 „Bauteilreinigung“ zu finden.

Um eine breite Wirkung zu erreichen, werden die Ergebnisse dieses Fachausschusses mit dem Ziel der Wissensverbreitung und Fehlervermeidung auch Nichtmitgliedern frei zum Download zur Verfügung gestellt.

Derzeit stehen auf der AWT-Homepage drei Dokumente zur Verfügung:

• Prüfverfahren für Reinigungsmittel und Bauteiloberflächen

  Hier werden Prüfverfahren in Tabellenform kurz erklärt und beurteilt, sowie deren Vor- und Nachteile beschrieben

• Einflussgrößenliste Bauteilreinigung FA14

  Dieses Dokument dient als Übersicht möglicher Maßnahmen zur Feststellung und Dokumentation der Bauteilsauberkeit bei Wareneingang. Es listet alle bekannten Größen auf, die Einfluss auf die Bauteilreinheit bzw. -reinigung haben können. Den FA14-Mitgliedern steht darüber hinaus eine weiterführende, an das Verfahren angepasste Arbeitstabelle zur Verfügung.

• Lastenheft Reinigungsanlage (Vorlage) FA14

  Dieses Dokument soll als Hilfestellung für Fragen rund um das Thema Erstellung eines Lastenheftes für die Beschaffung einer Reinigungsanlage dienen. Diesem Ansatz folgend, wurde hier eine Vorlage aus der betrieblichen Praxis zu diesem Themenkomplex zusammengefasst.

Darüber hinaus bietet der FA14 in regelmäßigen Abständen ein Seminar zur Bauteilreinigung in der Wärmebehandlung an.

Der FA14 würde sich über eine rege Anwendung dieser Dokumente freuen, um die betriebliche Praxis der Bauteilreinigung zu erleichtern. Auch sollen weitere solcher Unterstützungsdokumente zukünftig fallweise erstellt werden, um das Ziel einer optimalen Bauteilreinigung bzw. -reinheit voranzutreiben.

Sollten Sie an einer Mitarbeit im FA14 interessiert sein, melden Sie sich gerne beim auf der Homepage angegebenen Leitungsteam oder bei Frau Dietz in der AWT-Geschäftsstelle.

AWT-Härtereikreise

Die Härtereikreise befinden sich momentan in der Sommerpause. Die Termine der Herbst/Winter-Saison werden ab September auf der Homepage www.awt-online.org sowie in der AWT-Info veröffentlicht.

AWT-Seminare

Internationale Termine

Shape your future! 80 years of pioneering

Zum 80. Mal veranstaltet die AWT in diesem Jahr den HärtereiKongress. Der Zuwachs an jungen Personen bei den Teilnehmenden und Referent*innen auf der letztjährigen Veranstaltung ist ein gutes Zeichen für die Branche, die momentan nach Fachkräften sucht. Die Qualifikation junger Menschen durch die Veranstaltungen HK und Seminare sind ein wichtiger Teil der AWT-Leitlinien. Auch in diesem Jahr ist der Eintritt für Auszubildende und Studierende frei.

Schwerpunktthemen des wissenschaftlichen Kongresses sowie der Praktikertagung:

• Wärmebehandlungsverfahren (Einsatzhärten, Nitrieren) und innovative Anlagentechnik

• Additive Fertigung

• KI und Digitalisierung

• C0₂-Reduzierung und Nachhaltigkeit

Das fertige Programm der Kongressveranstaltung finden Sie auf den folgenden Seiten der AWT-Info. Ab sofort können Anmeldungen für Kongress und Messe über den Ticketshop auf der Webseite www.hk-awt.de getätigt werden.

In diesem Jahr haben sich mehr als 10 neue Aussteller angemeldet, die vor allem aus den Branchen Wärme- und Kältetechnik, Messtechnik sowie Gussprodukten kommen. Ausführliche Informationen über die einzelnen Aussteller können über das Ausstellerverzeichnis auf www.hk-awt.de eingesehen werden. Für Aussteller gibt es auch in diesem Jahr wieder ein attraktives Angebot für Komplettstände. Die Ausstattung bietet Mobiliar, Standreinigung, Internet, Elektrizität, Messeund Parktickets inklusive. Ein „Rundum-Sorglos-Paket“ für alle Aussteller, die keinen eigenen Messebauer beauftragen möchten. Auch neuen Ausstellern wird mit den „Newcomer“-Plätzen wieder die Möglichkeit geboten, zu einem Festpreis, ihre Produkte zu präsentieren. Mehr über diese Angebote sowie das Formular für die Standbuchung finden sich ebenfalls auf der Webseite der Veranstaltung.

TalkingHeat – das Event für die gesamte HeatTreatment Community

Aus Anlass des 80. HK’s wird es am Dienstag, den 8. Oktober, um 18:00 Uhr nach der AWT-Mitgliederversammlung einen Netzwerkabend in der Ausstellungshalle geben. Neben der AWT, die auf ihren eigenen Stand einlädt, bieten auch viele Aussteller Snacks und Getränke auf dem Standplatz an. Der Eintritt in die Ausstellung am Dienstag ist frei, aber registrierungspflichtig über den HK-Ticketshop. Aussteller können kostenlose Gutscheincodes per E-Maileinladung verschicken und haben so die Möglichkeit viele ihrer Kunden auch am Dienstagabend auf der Messe zu Gesprächen in lockerer Atmosphäre zu begrüßen.

HK 2024

Dienstag, 8. Oktober

13 – 18 Uhr Fachmesse,

16 Uhr AWT-Mitgliederversammlung,

18 Uhr TalkingHeat@HK in der Halle 10.2 zur Feier des 80. HK

Mittwoch, 9. Oktober

9 – 18 Uhr Kongress und Fachmesse,

18 Uhr Empfang für Kongressbesucher und Aussteller

und Verleihung des Karl-Wilhelm-Burgdorf-Preises

Donnerstag, 10. Oktober

9 – 16 Uhr Kongress und Fachmesse

Wissenschaftlicher Kongress HK

09:00–09:10

Begrüßung und Eröffnung / Opening

Thomas Waldenmaier, Vorsitzender der AWT

Wärmebehandlung

Chair: Thomas Waldenmaier

1	09:10–09:35	Zunkunftsträchtige energieeffiziente Wärmebehandlung von Bauteilen aus grünem Stahl	Matthias Steinbacher, Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT, Bremen
2	09:35–10:00	Wellenverzug in Folge von lokalen Strömungs-inhomogenitäten bei der Ölabschreckung in einem industriellen Abschreckbad	Gabriel Ebner, Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT, Bremen
3	10:00–10:25	Vom Dilatometerversuch zum Bauteilverhalten: Einsichten in das VariQuench-Verfahren	Martin Hunkel, Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT, Bremen
4	10:25–10:50	Homogenere Temperaturen beim konduktiven Erwärmen gekrümmter Werkstücke	Christine Tränkner, ITG Induktionsanlagen GmbH, Hirschhorn

Nitrieren

Chair: Stefanie Hoja

5	11:20 – 11:45	Influence of different combinations of compound layers and oxidation layers on the corrosion resistance of steel and cast iron	Saadia Nousir, Nitrex Metal Inc., Montreal, Canada
6	11:45 – 12:10	Plasma nitriding of air-hardening ductile (AHD) forging steels	Sitki Can Akkus, RWTH Aachen, IEHK - Institut für Eisenhüttenkunde

KI / Neue Werkstoffe

Chair: Olaf Kessler

7	13:30 – 13:55	Ganzheitliches Maschinelles Lernen zur Gefügeanalyse: Erkenntnisse aus der Phasenanalyse und Korngrößenbestimmung	Björn-Ivo Bachmann, Universität des Saarlandes & Materials Engineering Center Saarland (MECS), Saarbrücken
8	13:55 – 14:20	Neuartige Hartstofflegierung als Alternative zum Hartmetall	Thorsten Halle, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik
9	14:20 – 14:45	Hochgeschwindigkeitsflammspritzen als effektives Verfahren zur Aufarbeitung von Walzmänteln für das Zwei-Rollen-Gießwalzen	Dietrich Voswinkel, Universität Paderborn, Lehrstuhl für Werkstoffkunde

Einsatzhärten

Chair: Peter Saddei

10	15:05 – 15:30	Laser-Ultraschall als NDT-Methode zur berührungslosen Bestimmung der Einhärtetiefe	Wolfgang Haderer, Research Center for Non Destructive Testing (RECENDT) GmbH, Linz, Österreich
11	15:30 – 15:55	Simulative Ermittlung der Eigenspannungsprofile beim Einsatz- und Induktionshärten von PM-Zahnrädern	Oliver Schenk, RWTH Aachen, Insitut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau (IWM)
12	15:55 – 16:20	Untersuchung des Ermüdungsverhaltens im VHCF-Bereich und der Rissausbreitung im Einsatzstahl 18CrNiMo7-6	Johanna Eisenträger, Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT, Bremen

Additive Fertigung

Chair: Rainer Fechte-Heinen

13	16:40 – 17:05	Experimentelle Untersuchung des lokalen Temperaturprofils für eine anforderungsangepasste PBF-LB/M Prozessführung	Lisa Husemann, Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT, Bremen
14	17:05 – 17:30	Wärmebehandlung, Gefüge und Eigenschaften vom ausscheidungshärtenden nichtrostenden Stahl X5CrNi-CuNb16-4 hergestellt durch powder bed fusion	Paul Rosemann, Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, Professur Werkstofftechnik
15	17:30 – 17:55	Lasergestütztes Kurzzeit-Auslagern des Stahls 17-4 PH	Hansjürg Stiele, Hochschule Albstadt-Sigmaringen, Fakultät Engineering
	18:00	Empfang und Verleihung des Karl-Wilhelm-Burgdorf-Preises

Donnerstag, 10.10.2024

Praktikertagung HK

CO₂-Reduzierung

Chair: Matthias Steinbacher,

16	09:00–09:25	CO2-Neutrale Prozesswärmeerzeugung in der Härtereitechnik – Ergebnisse aus der UBA-Studie	Christian Schwotzer, RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik (IOB)
17	09:25–09:50	Wärmenutzung in der Stahlhärtung: Von Abwärme bis zur hocheffizienten kyrogenen Stahlbehandlung	Thomas Klövekorn, Yannick Pruß, Refolution Industriekälte GmbH, Karlsruhe
18	09:50 – 10:15	Umweltfreundliche Endogaserzeugung mit neuartigem Retortenkonzept und nichtkarzinogenen Katalysatormassen	Gerd Waning, WANING Ingenieurdienstleistungen, Dreieich
	10:15 – 10:25	Verleihung des Paul-Riebensahm-Preises 2023 an Marcel Hesselmann und Jonathan Wörner
	10:25-10:55	Pause

Wärmebehandlungstechnologie

Chair: Udo Fritsching

19	10:55–11:20	Wassersprühnebel: eine neue Verfahrensoption zur Intensivabschreckung	Christof Ziegler, ALD Vacuum Technologies GmbH, Hanau
20	11:20–11:45	Oxidfaser-Verbundwerkstoffe – Eine innovative Werkstofflösung für Anwendungen in der Wärmebehandlung	Philipp Kolbe, Schunk Kohlenstoff GmbH, Heuchelheim

Nachhaltigkeit

Chair: Isabell Ortlepp

21	13:15– 13:40	Instandsetzung nitrierter Oberflächen mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen	Florian Wagner, LaserCladding Germany GmbH, Hamburg
22	13:40– 14:05	Entwicklung und Prozessführung induktiver Härteprozesse – Potenziale und Chancen in der Welt der De-Carbonisierung	Alexander Ulferts, Inductoheat Europe GmbH, Reichenbach
23	14:05– 14:30	Verbesserung des Strahlprozesses wärmbehandelter Bauteile zur Steigerung der Gesamtanlageneffektivität	Rudolf Vollmari, PantaTec GmbH, Bad Oeynhausen
	14:30– 15:00	Pause

Digitalisierung

Chair: Klaus Löser

24	15:00– 15:25	Wie die BGH Edelstahlwerke ihre Wärmebehandlung automatisch und optimiert planen	Michael Müller, BGH Edelstahl Siegen GmbH, Siegen Sebastian Goderbauer, gapzero GmbH, Langenfeld
25	15:25– 15:50	Markierungsfreie Rückverfolgung von Chargiergestellen durch den Härteprozess	Andreas Hofmann, Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM, Freiburg
	15:50– 15:55	Schlussworte Bekanntgabe Paul-Riebensahm-Preisträgerin/-Preisträger	Klaus Löser

Tickets unter www.hk-awt.de

Arbeitsblatt

Multi-Parameter C-Pegel

AiF-Nr.: 22025 N/1N

Obmann: Christoph Lehne

beteiligte Unternehmen: ZF, Industrieantriebe Witten GmbH, Buderus Edelstahl GmbH, Burgdorf GmbH & Co.KG, Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel, Flender GmbH, Hanomag Härtecenter GmbH, Petrofer Chemie H. R. Fischer GmbH & Co. KG, Reintjes GmbH, SHB Stahl- u. Hartgußwerk Bösdorf, Wärmebehandlungstechnik Martin Eschbach, Wegener Härtetechnik GmbH, Robert Bosch GmbH, EMA Induction GmbH

Forschungseinrichtungen:

FE1: Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien IWT

FE2: Universität Bremen - Verfahrenstechnik

Projektleiter: Thomas Lübben (FE1), Udo Fritsching (FE2)

Sachbearbeiter: Friedhelm Frerichs (FE1), Matheus Rover Barbieri (FE2)

Forschungsvereinigung: AWT e. V.

Projektbegleitender Fachausschuss: FA 11 (Abschrecken)

Zielsetzung und Lösungsweg

Lösungsweg

Das Forschungsziel wurde durch eine kombinierte experimentelle und modellbasierte Untersuchungsstrategie mit der Verzahnung wärmebehandlungstechnischer (IWT) und prozesstechnischer (Uni Bremen) Expertisen erreicht. Das Zusammenwirken der entsprechenden Arbeitspakete ist in Bild 1 im Überblick dargestellt.

Bild 1

Übersicht der Arbeitspakete (AP) und ihr Zusammenwirken und Zuordnung der ausführenden Forschungseinrichtung

Die Strömungsmessungen in den industriellen Abschreckbädern (Untersuchungsblock 3) bedurften zunächst gründlicher Vorarbeiten. So musste für jedes zu charakterisierende Bad die messtechnische Zugänglichkeit unter Berücksichtigung der Beckeneinbauten evaluiert werden (AP 3.1). Im zweiten Schritt mussten Messpositionen ermittelt werden, die für eine Validierung der Strömungssimulation geeignet sind. Zudem mussten Gestelle entwickelt und gebaut werden, die eine hinreichend genaue und reproduzierbare Positionierung des Messsensors ermöglichen (AP 3.2).

Die eigentliche Messung muss den Vektorcharakter der Strömungsgeschwindigkeit berücksichtigen. Daher wurden die Messungen mit einem Flow Tracker, basierend auf der akustischen Doppler Velocimetrie durchgeführt, der im Projekt beschafft und validiert wurde. Die Strömungsmessungen selbst wurden in den Becken ohne Charge durchgeführt (AP 3.3).

Im Rahmen des Untersuchungsblocks 2 wurden Arbeiten durchgeführt, die die Berechnung der Strömung der wässrigen Polymerlösungen mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) in industriellen Abschreckbädern zum Ziel haben. Dazu wurden zunächst systematische Messungen der Viskosität und Oberflächenspannung (AP 2.2) durchgeführt. Die so ermittelten Stoffdaten wurden im AP 2.3 in das CFD-Modell implementiert. Auf Basis der in AP 3.3 und AP 4.1 erzielten Messwerte für die Geschwindigkeitsverteilungen in den beiden industriellen Abschrecktanks und im Laborabschreckbad und Abkühlkurvenmessungen im Laborabschreckbad (AP 4.3) erfolgte die zweistufige Validierung des Simulationsmodells in AP 2.4. Mit dem validierten Modell wurden in enger Abstimmung mit dem Projektbegleitenden Arbeitskreis Parametervariationen für die verschiedenen Abschrecktanks durchgerechnet, um entsprechendes Optimierungspotential für die Strömungsverteilung zu identifizieren.

Der Untersuchungsblock 4 greift grundlegende Untersuchungen im Labormaßstab auf, die einerseits aufgrund nicht realisierbarer Mess- und Beobachtungsmöglichkeiten nicht in einem industriellen Abschrecktank durchgeführt werden können. Andererseits wurde die Strömungssimulation zunächst für das Laborabschreckbad eingesetzt und über entsprechende Messungen der Strömungsgeschwindigkeit (AP 4.1) in einer ersten Stufe validiert. Zudem wurde in diesem Block die Erweiterung der Mess- und Beobachtungsmöglichkeiten für die untere Stirnfläche von Bauteilen während der Abschreckung umgesetzt (AP 4.2). Im AP 4.3 wurden unter Nutzung dieser erweiterten Möglichkeiten schwerpunktmäßig Abschreckversuche von Scheiben mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern durchgeführt. Im deutlich reduzierten Umfang wurden auch verzahnte Scheiben untersucht. Weitere Variationsparameter waren die Polymerart, die Polymerkonzentration und die Anströmung. Als Grenzfall der Polymerkonzentration wurden, ergänzend zum ursprünglichen Versuchsprogramm, Versuche mit reinem Wasser durchgeführt. Zur Bewertung des Einflusses des Lagenabstands auf die mechanische Destabilisierung wurden zweilagige Chargenaufbauten aus Scheiben untersucht (AP 4.4). Letztendlich wurden erste Arbeiten zur Verzugsminimierung von Scheiben durch gezielte Beeinflussungen des Abkühlprozesses durchgeführt (AP 4.5).

Die Ableitung der Empfehlungen für die strömungstechnische Auslegung (AP 5) wurde auf Basis der Simulationen und der Strömungsmessungen vorgenommen, die Hinweise zum Lagenabstand und Potentiale zur Verzugsbeeinflussung auf Basis der Arbeiten in AP 4.2 bis AP 4.5.

Ergebnisse

Strömungsberechnung

Die Durchführung von Strömungssimulationen in den Industrietanks zeigte, dass es innerhalb der Tanks Bereiche mit sehr niedrigen Geschwindigkeiten gibt. Diese Ergebnisse wurden in den Messkampagnen mit experimentellen Geschwindigkeitsmessungen validiert wie im Bild 2 dargestellt.

Bild 2

Geschwindigkeitsprofile (a) aus experimentellen Messungen und (b) aus der Simulation für den Abschrecktank von DEW.

Bei den Mikro-Strömungsuntersuchungen im Labormaßstab wurde beobachtet, dass niedrigere Anströmgeschwindigkeiten die Filmphase während des Abschreckvorgangs verlängern, die durch einen geringeren Wärmeübergangskoeffizienten gekennzeichnet ist als die Siedephase. Diese Bereiche mit niedrigeren Geschwindigkeiten innerhalb des Tanks sollten vermieden oder minimiert werden, um eine schnellere Abkühlung des Teils zu fördern.

In diesem Zusammenhang wurde ein validiertes numerisches Modell des konjugierten Wärmeübergangs verwendet, um den Einfluss von zwei übereinander angeordneten Scheiben in unterschiedlichen Abständen zu beobachten. Die Simulationsergebnisse in Bild 3 zeigen eine ähnliche Abkühlung der Kerntemperatur, während der Temperaturgradient zwischen der Ober- und Unterseite einer einzelnen Scheibe mit zunehmendem Abstand abnimmt.

Bild 3

Temperaturverlauf bei einem Abstand von (a) 10 mm, (b) 50 mm und (c) 100 mm zwischen den Scheiben an den drei Messpunkten.

Versuche im Laborabschreckbad

Der Aufbau der Abschreckeinrichtung für die Abschreckung von scheibenförmigen Bauteilen zur Erzeugung definierter Anströmungen hat die Durchführung eines breiten Versuchsspektrums ermöglicht.

Die dabei eingesetzte Kombination von Abkühlmessungen mittels Thermoelementen, visueller Beobachtung mittels Videokameras, Messung des globalen Leitwerts mittels eines neu entwickelten Sensors und Erfassung der Geräuschentwicklung durch Hydrophone hat eine breite Charakterisierung der Vorgänge bei der Abschreckung in wässrigen Polymerlösungen ermöglicht. Bild 4 zeigt beispielhaft die Ergebnisse einer Abschreckung mit 15 % PVP. Die randnahen Temperaturmessungen zeigen in den ersten 30 s nach dem Eintauchen an allen Messstellen ein deutliches, zeitgleiches Auf und Ab aller gemessenen Temperaturen. Der gemessene Strom und die Audioaufnahmen korrelieren ebenfalls mit den Temperaturen. Fällt die Temperatur, so steigt der elektrische Strom an, gepaart mit deutlichen Schwankungen. Steigt die Temperatur fällt der Strom. Schwankungen des Stroms sind dann kaum noch zu registrieren. Die Audioaufnahmen zeigen, dass fallende Temperaturen mit starker Geräuschentwicklung verbunden sind. Bei steigenden Temperaturen sind dagegen nur relativ leise Geräusche zu vernehmen.

Bild 4

Scheibe mit 50 mm Bohrung, PVP 15%, axiale Anströmung. Temperaturen in verschiedenen radialen Abständen von der Bauteilmitte; gemessener elektrischer Strom und Schallpegel der Abschreckgeräusche

Diese Vorgänge können durch wiederholte schnelle Zusammenbrüche des Wasser-Polymerfilms, der zunächst die gesamte Bauteiloberfläche umfasst und anschließende Neubildung des Films, erklärt werden. Die in Bild 5 dargestellte explosionsartige Wiederbenetzung ist nach 0,08 s abgeschlossen.

Bild 5

Hochgeschwindigkeitsaufnahmen zur Versuchsvariante aus Bild 4

Für die Vielzahl an Versuchsvarianten mit jeweils drei Wiederholversuchen wurden einige Kennwerte definiert und jeweils Mittelwert und Streubreite (Range) ermittelt. Tabelle 1 zeigt beispielhaft eine Übersicht dieser Daten für die t8/5-Zeit im Kern der Scheiben (Zeit die für die Abkühlung von 800°C auf 500°C benötigt wird).

Tabelle 1

Mittelwert und Range der t8/5-Zeiten im Kern als Funktion von Abschreckmittel und Geometrie.

Die Tabelle zeigt zunächst bei allen Varianten die bekannte Erhöhung der Abkühldauer durch eine Steigerung der Polymerkonzentration. Unabhängig von Polymertyp und -konzentration zeigt sich eine deutlich langsamere Abkühlung der Zirkularströmung bei Vollscheiben. Dieser Effekt kann durch die Bedeckung der unteren Scheibenfläche mit einer stabilen, isolierenden Dampfblase erklärt werden, die den Wärmestrom in Richtung der unteren Scheibenfläche reduziert und damit auch die Kernabkühlung verlangsamt. Bei Scheiben mit Bohrung reduziert sich dieser Effekt bzw. verkehrt sich sogar ins Gegenteil (PAG 19%). Die Bohrung reduziert also die isolierende Wirkung der Dampfblase auf der Scheibenunterseite, da durch sie eine Möglichkeit zur Entweichung von Wasserdampf besteht. Für die Abschreckung mit axialer Anströmung zeigt Tabelle 1, dass PAG 19% die geringste Abschreckwirkung aufweist. Die Vergleiche zwischen Stirnrad und Scheibe mit 50 mm Bohrungsdurchmesser bzw. horizontal und vertikal chargierter Scheibe mit 100 mm Bohrung zeigen jeweils für alle untersuchten Varianten nur geringe Unterschiede in der t8/5 Zeit. Bei den Streubreiten resultieren in fast allen Fällen relativ geringe Werte. Es ist dabei keine Systematik der Werte erkennbar.

Die Untersuchungen mit mehrlagigen Chargen haben gezeigt, dass die Verwendung von PAG-Lösungen in zweilagigen Chargen keine Verschiebungen der Bauteile hervorruft. Falls die Abschreckung mit wässrigen PVP-Lösungen durchgeführt wird, müssen nicht fixierte Chargierhilfen vermieden werden. Aber selbst starre Auflagen müssen so ausgelegt sein, dass ein Mindestabstand eingehalten wird.

Die gezielte Beeinflussung des Abkühlprozesses zur Verzugsminimierung wurde untersucht, indem Scheiben aus Einsatzstahl 20MnCr5 (1.7147) mit einem Durchmesser von 120 mm und einer Breite von 15 mm ohne Bohrung nach einer Erwärmung auf 850°C verschiedenen Abschreckungen unterzogen wurden. Die untersuchten Anströmvarianten definieren sich über unterschiedliche Kombinationen von zirkularer und axialer Anströmung. Eine Kombination aus beiden berücksichtigt eine Anfangsperiode mit einer der beiden Strömungen, wie in der x-Achse von Bild 6 dargestellt, wobei während der verbleibenden Abschreckdauer jeweils die andere Strömungsart zum Einsatz kam. Die Versuche mit zeitlicher Änderung der Anströmart während einer Abschreckung haben ein Kompensationspotenzial für die Formänderung Dishing (Tellern) aufgezeigt.

Bild 6

Einfluss der untersuchten Abschreckvarianten auf den Scheibenverzug.

Empfehlungen

Abkühlverläufe müssen so gestaltet werden, dass sie ausreichend schnell, möglichst homogen und reproduzierbar sind. Zudem müssen explosionsartige Wiederbenetzungen vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden, um Schäden am Abschrecktank zu vermeiden. Zur Erlangung dieser Vorgaben sollten folgende Hinweise beachtet werden:

• Die Positionierung der Bauteile in industriellen Abschrecktanks sollte Bereiche vermeiden, die durch niedrige Strömungsgeschwindigkeiten gekennzeichnet sind, um eine schnellere Abkühlung zu fördern.

• Bei übereinander chargierten Scheiben muss beachtet werden, dass zu geringe vertikale Abstände der Scheiben den Temperaturgradienten zwischen der Ober- und der Unterseite der Scheibe vergrößern und damit inhomogenes Abschrecken begünstigen.

• Zur weitestgehenden Vermeidung von explosionsartigen Wiederbenetzungen ist die Verwendung von Polymeren des Typs PAG vorteilhaft.

• Für scheibenförmige Bauteile ohne Bohrung ist die Abkühlgeschwindigkeit mit zirkularer Anströmung deutlich geringer. Dieser Nachteil sinkt mit wachsendem Bohrungsdurchmesser.

• Zur Reduzierung der Zahl der explosionsartigen Wiederbenetzungen sollten scheibenförmige Bauteile ohne Bohrung leicht schräg chargiert werden.

• Falls die Abschreckung von mehrlagigen Chargen mit wässrigen PVP-Lösungen durchgeführt werden muss – weil bspw. eine möglichst homogene Abschreckung benötigt wird – müssen nicht fixierte Chargierhilfen vermieden werden und ein Mindestabstand zwischen den Lagen eingehalten werden. Dieser Abstand muss in Abhängigkeit der Bauteilgröße experimentell ermittelt werden.

• Durch zeitgesteuerte Variationen der Anströmart kann ein Tellern der Scheiben positiv beeinflusst werden.

Zusammenfassung

Die Kombination von experimentellen Messungen der Strömungsgeschwindigkeit und des Abkühlverlaufs haben sich als wesentlich für die Validierung der numerischen Modelle erwiesen. Auf dieser Grundlage lässt sich feststellen, dass es in Industrietanks Bereiche mit geringer Umwälzung gibt, die vermieden werden sollten, da sie zu einer langsameren Abkühlung des Bauteils führen.

Das breite Spektrum an Laborexperimenten, die mit geometrisch verschiedenen horizontal chargierten Scheiben durchgeführt wurden, hat gezeigt, dass die entscheidenden Parameter für die Abschreckung in wässrigen Polymerlösungen die Strömungskonfiguration und die Polymerart sind.

Während die Abschreckung mit PVP-Lösungen zu Beginn schneller erfolgt und die Bildung des Dampffilms durch eine schnelle Abfolge von Zerreißen und Neubildung eines Films gekennzeichnet ist (Wiederbenetzungsprozess), bildet sich bei der Verwendung von PAG-Lösungen zu Beginn des Abschreckprozesses eine stabile Dampfblase, die länger anhält und eine langsamere Abkühlung zu Beginn des Abschreckens bewirkt. Darüber hinaus führt das Abschrecken mit PVP-Lösungen zu einer gleichmäßigeren Abkühlung zwischen der Ober- und Unterseite des Bauteils.

Hinsichtlich der Strömungskonfiguration erzeugt eine zirkuläre Anströmung eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit in der Mitte des Werkstücks. Dies wiederum fördert einen stabilen Dampffilm im unteren Teil des Bauteils, der diesen Bereich thermisch isoliert und den Abkühlprozess verlangsamt. Andererseits verhindert die axiale Anströmung die Aufrechterhaltung eines stabilen Dampffilms im unteren Bereich der Scheibe. Dies führt dazu, dass eine relativ gute, gleichmäßige Abkühlung mit geringeren Temperaturgradienten im Werkstück erzielt wird.

Carbonitrieren in Theorie und Praxis

In vielen Bereichen der thermochemischen Wärmebehandlung von Stahl hat sich das Carbonitrieren als Verfahren für höchst belastete Bauteile, insbesondere für Bauteile, die unter Überrollung oder vergleichbaren Lasten stehen, hervorgetan.

In der Vergangenheit wurde das Carbonitrieren vorwiegend zur Härte- bzw. Härtbarkeitssteigerung von unlegierten Stählen eingesetzt. Hierzu wurde einer Aufkohlungsatmosphäre bei niedrigen Temperaturen von ca. 870 °C ein fester Prozentsatz an Ammoniak zugegeben. Gas-Carbonitrierprozesse ermöglichen nun die gezielte Einstellung von kombinierten Kohlenstoff- und Stickstoff profi len in der Werkstückrandschicht. Vorteil dieser neuen Prozesse und deren Regelung ist, dass gezielt hohe Carbonitrid- und Restaustenitanteile eingestellt werden können, die weit über das übliche Maß an Restaustenit und Ausscheidungen hinausgeht.

Das Seminar soll Anwendern aus der Getriebeindustrie, aus dem Bereich der Wärmebehandlung und Qualitätssicherung, aber auch Konstrukteuren Beispiele für Behandlungen von Einsatzstählen durch Carbonitrieren in Theorie und Praxis vermitteln. Es wird aufgezeigt, wie sich die Wärmebehandlungs- und Atmosphärenparameter auf die Eigenschaften von Bauteilen auswirken, bzw. wie diese eingestellt und geregelt werden sollten.

Einsatzhärten für Praktiker

Einsatzhärten, d. h. die Kombination aus Aufkohlen, Härten und Anlassen ist das Verfahren der Wahl, wenn höchste Festigkeit und Verschleißwiderstand an der Oberfläche mit einem duktilen Kern angestrebt werden. Um das Einsatzhärten sinnvoll einzusetzen bzw. unterschiedliche Verfahrensvarianten miteinander vergleichen und bewerten zu können, sind werkstoff- und verfahrenstechnische Grundkenntnisse erforderlich. Diese sollen in dem Seminar mit dem Schwerpunkt auf Gas- und Niederdruckaufkohlen vermittelt werden.

Durch geeignete Sensoren und den Einsatz von Analysegeräten in Verbindung mit der Simulation des Aufkohlungsprozesses können heute Vorgaben wie Einsatzhärtungstiefe, Oberflächenhärte und Härteverlauf mit hoher Zielsicherheit erreicht werden. Insbesondere im Praxisteil des Seminars wird auf diesen Punkt eingegangen. Ziel des Seminars ist die Vermittlung der grundlegenden Zusammenhänge bei der Durchführung des Einsatzhärtens.

Besonderes Augenmerk wird auf die praxisnahe Darstellung und die Möglichkeiten der Prozesskontrolle sowie die Überprüfung der Behandlungsergebnisse gelegt. Im Praxisteil wird weiterhin auf die unterschiedlichen Aufkohlungsverfahren (Gas, Niederdruck, Salzbad und Pulver) eingegangen.

Arbeits- und Betriebssicherheit in der Wärmebehandlung

Die heutigen Sicherheitsstandards in den Unternehmen der Wärmebehandlung fordern, dass Personen, die in diesem Umfeld Verantwortung übernehmen, ein ausreichendes Fachwissen besitzen. Diese Eignung wird über unser anerkanntes Seminar zur Arbeits- und Betriebssicherheit erlangt. Nicht nur Schutz- und Sicherheitskräfte, sondern jede Mitarbeiterin und jeder Mitarbeiter im Wärmebehandlungsbetrieb sollte in der Lage sein, die oft komplexen Gefahrenpotentiale zu erkennen und gezielte Maßnahmen zur Sicherheit einzuleiten. Durch unser Seminar qualifizieren Sie Ihr Fachpersonal, damit es auf unterschiedliche Situationen richtig und angemessen reagieren kann.

Ziel des Seminars ist die Vermittlung der Sicherheitstechnik von Wärmebehandlungsanlagen der Plasmatechnik, der sichere Umgang mit Prozessgasen und Medien, sowie das Aufzeigen von Gefährdungspotenzialen und deren rechtliche Rahmenbedingungen. Es wird weiterhin auf die Verfahren Bauteilreinigung, Heißisostatisches Pressen sowie die Verwendung von Metallpulvern eingegangen. Qualifizierte Referenten aus den verschiedensten Bereichen der Industrie geben den Teilnehmenden die Möglichkeit, Fragen und Themen unterschiedlichster Vertiefung fachkompetent zu diskutieren und Erfahrungen auszutauschen.