Steigerung der Vorhersagegenauigkeit bei der Berechnung des Kohlenstoffprofils von Niederdruckaufkohlungsprozessen

M. Steinbacher; B. Clausen; F. Hoffmann; H.-W. Zoch

doi:10.3139/105.100437

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Steigerung der Vorhersagegenauigkeit bei der Berechnung des Kohlenstoffprofils von Niederdruckaufkohlungsprozessen

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Published/Copyright: May 13, 2013

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From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 63 Issue 1

Kurzfassung

Der Einsatz von Kohlenwasserstoffen (ohne sauerstoffhaltige Gaskomponenten) beim Niederdruckaufkohlen verhindert die Anwendung der beim Gasaufkohlen etablierten Regeleinrichtungen. Aus diesem Grund wird der Prozess im Gegensatz zur geregelten Gasaufkohlung gesteuert durchgeführt. Das angestrebte Kohlenstofftiefenprofil resultiert aus einem zyklischen Wechsel von Aufkohlungs- und Diffusionssegmenten, deren Dauer und Anzahl vor der Prozessdurchführung durch Aufkohlungsberechnungen bestimmt werden.

Wegen der fehlenden Möglichkeit, prozessbegleitend den C-Pegel der Atmosphäre zu bestimmen, stehen viele Wärmebehandlungsbetriebe dem Verfahren noch skeptisch gegenüber. Die sehr gute Reproduzierbarkeit des Verfahrens kann eine Regelung teilweise ersetzen, da zwischen verschiedenen Chargen kaum Abweichungen auftreten. Entscheidend für eine positive Bewertung des Verfahrens ist, dass man bei der Erstellung der Aufkohlungsprogramme ohne Vorversuche auskommt. Die in der Simulation zusammengestellten Programme müssen dabei in ausreichendem Maße genau die angestrebten Zielgrößen erreichen.

Die Genauigkeit der Vorhersagen und damit auch das Vertrauen in das Verfahren hängt stark von der Berechnung der Eingangsgrößen für die Simulation ab: Kohlenstoffübergang, werkstoff-spezifischer Diffusionskoeffizient sowie Carbidbildung und -wiederauflösung. Verschiedene Punkte, die zu einer weiteren Verbesserung der Vorhersagequalität der Aufkohlungsberechnungen beitragen können, werden im Folgenden vorgestellt und diskutiert.

Abstract

Because of the in existence of an automatic atmosphere control system low pressure carburizing is different to conventional atmospheric carburizing. Atmosphere related issues are impeding the employment of automatic control systems comparable to those used for equilibrium gas carburizing. Therefore low pressure carburizing processes consist of series of boost and diffusion steps. Duration and quantity are simulated prior to the process by carbon diffusion calculations. It is for this reason that many heat treatment companies are still skeptical about utilizing low pressure carburizing.

To raise confidence in low pressure carburizing the prediction of carbon depth profiles should become more precise. This can be achieved by using more specific input data for the calculations.

In this context carbon transfer, a material related diffusion coefficient and the carbide formation and dissolution are essential. These points will be discussed in the following article.

Dipl.-Ing. Matthias Steinbacher, geb. 1978, studierte Produktionstechnik an der Universität Bremen und ist seit 2004 als Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen im Bereich Werkstofftechnik-Wärmebehandlung tätig.

Dr.-Ing. Brigitte Clausen, geb. Gondesen (1967), gelernte Werkstoffprüferin, studierte Produktionstechnik an der Universität Bremen und ist seit 1996 als Wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig.

Prof. Dr.-Ing. habil. Franz Hoffmann, geb. 1950, studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe. Er ist seit 1975 in der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig und leitet dort die Abteilung Wärmebehandlung.

Prof. Dr.-Ing. Hans-Werner Zoch, geb. 1953, Professor für Werkstofftechnik/Metalle im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen. Seit 2004 ist er Geschäftsführender Direktor der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen und Leiter der Hauptabteilung Werkstofftechnik.

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Online erschienen: 2013-05-13

Erschienen im Druck: 2008-02-01

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