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Simulation des Einsatzhärtens gradiert poröser Bauteile: Materialmodellierung*

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Published/Copyright: December 11, 2013
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HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 68 Issue 6

Kurzfassung

Um eine porositätsbedingte Durchkohlung von pulvermetallurgisch erzeugten Bauteilen beim Einsatzhärten zu vermeiden, kann der Wärmebehandlung eine mechanische Oberflächenbehandlung vorangestellt werden. Dabei wird die durchgängig offene Porosität in eine verdichtete, gradiert poröse Randschicht überführt. Als Folge der Prozessverkettung werden sowohl das Kohlenstoffprofil als auch die Umwandlungskinetik durch die in der Randschicht vorliegende Porosität bestimmt. Eine Modellierung der Diffusionskinetik ist mittels effektiver Diffusionskoeffizienten möglich. Die Umwandlungskinetik kann auf Basis eines dichte-, kohlenstoff- und temperaturabhängigen Geschwindigkeitskoeffizienten, der das Ergebnis einer mechanismengetriebenen Modellierung ist, beschrieben werden. Zusammen ermöglichen beide Kinetikmodelle eine Simulation der Gefügeentwicklung beim Einsatzhärten randschichtverdichteter, gradiert poröser Bauteile.

Abstract

A new approach for case hardening of powder metallurgical steels is surface densification prior to heat treatment, hence avoiding a carbonisation caused by open porosity. With regard to this process chain the carburizing process as well as the transformation behaviour is dominated by the porosity. The diffusion kinetic can be modelled by effective diffusion coefficients. The transformation behaviour is described by a density, carbon and temperature dependent kinetic coefficient. This approach is mechanism driven without any claim to describe physical processes in detail. Together, both models enable to simulate the microstructure evolution during case hardening of surface densified, graded porous components.

Schlüsselwörter:: Pulvermetallurgie; Umwandlungskinetik; Verdichten; Aufkohlverhalten; Diffusion
Keywords:: Powder-metallurgy; transformation kinetic; densification; carburizing; diffusion
3 (Kontakt/Corresponding author)
*

basierend auf dem Vortrag vom HK 2011, 67. Kolloquium für Wärmebehandlung, Werkstofftechnik, Fertigungs- und Verfahrenstechnik, vom 12.–14. Oktober 2011, in Wiesbaden, gehalten von Philipp Nusskern.

Literatur

1. Schatt, W.; Wieters, K. P.; Kieback, B. (Hrsg.): Pulvermetallurgie: Technologien und Werkstoffe. 2. Aufl., Springer-Verlag, Berlin, 200710.1007/978-3-540-68112-0Search in Google Scholar

2. Totten, G.: Steel Heat Treatment – Metallurgy and Technology. CRC Press, Taylor & Francis, Boca Raton, FL, USA, 2007Search in Google Scholar

3. Altena, H.; Danninger, H.: Heat Treatment of Powder Metallurgy Precision Parts: 2. Process Technology and Furnace Design. Berg- u. Hüttenmänn. Monatshefte5 (2005), S. 170–175Search in Google Scholar

4. Kremel, S.; Danninger, H.; Altena, H.; Yu, Y.: Low-pressure carburizing of sintered alloy steels with varying porosity. Powder Metallurgy Progress3 (2004), S. 119–131Search in Google Scholar

5. Kowaleswki, J.; Kucharski, K.: Vacuum Carburizing System for Powder-Metal Parts and Components. Industrial Heating5 (2007), S 61–63Search in Google Scholar

6. Prucher, T. R.: Carburzing P/M Parts. Heat Treating Progress4 (2001), S. 23–26Search in Google Scholar

7. Gallo, A.; Ellia, A.; Ciambellini, S.: The apparent diffusion coefficient of carbon in sintered iron during the gas carburizing process. Powder Metallurgy International16 (1984) 4, S. 177–179Search in Google Scholar

8. Ray, H. S.: Kinetics of Metallurgical Reactions. Int. Sci. Publ., New York, USA, 1993Search in Google Scholar

9. Sundelöf, E.: Modelling of Reactive Gas Transport. Licentiate Thesis, Institutionen för numerisk analys och datalogi, KTH, Stockholm, Schweden, 2003Search in Google Scholar

10. Merkel, J.: Untersuchungen zum Einfluss von Kugelstrahl- und Festwalzbehandlungen auf den Randschichtzustand und die Schwingfestigkeit von Sintereisenwerkstoffen. Dissertation, Universität Karlsruhe, 2008Search in Google Scholar

11. Warke, V. S.; Sisson, R. D.Jr.; Mahklouf, M. M.: The Effect of Porosity on the Austenite to Bainite Transformation in Powder Metallurgy Steels. J. Mater. Res.24 (2009), S. 3213–321910.1557/jmr.2009.0379Search in Google Scholar

12. Ermakov, S. S.; Maksarova, I. Y.: Kinetic characteristics of the diffusional transformation of supercooled austenite in P/M steels. Powder Metallurgy and Metal Ceramics23 (1984), S. 389–39410.1007/BF00796606Search in Google Scholar

13. Pustovoit, V. N.; Churyukin, Y. N.; Blinovskij, V. A.: Criterion for the influence of porosity on phase transformation in PM steels. Izv. Acad. Sci. USSR Met. 2,90 (1991), S. 86–90Search in Google Scholar

14. Shackelford, J. F.: Werkstofftechnologie für Ingenieure. Pearson Studium, Oxford, GB, 2005Search in Google Scholar

16. Avrami, M.: Kinetics of Phase Change. J. Chem. Physics7 (1939), S. 1103–111210.1063/1.1750872Search in Google Scholar

17. Avrami, M.: Kinetics of Phase Change. J. Chem. Physics8 (1940), S. 212–22410.1063/1.1750872Search in Google Scholar

18. Avrami, M.: Kinetics of Phase Change. J. Chem. Physics9 (1941), S. 2177–218410.1063/1.1750872Search in Google Scholar

19. Johnson, W. A.; Mehl, R. F.: Reaction Kinetics in Processes of Nucleation and Growth. Trans. AIME135 (1939), S. 416–458Search in Google Scholar

20. Koistinen, D. P.; Marburger, R. E.: A general equation prescribing the extent of the austenite-martensite transformation in pure iron-carbon alloys and plain carbon steel. Acta Metall.7 (1959), S. 59–6010.1016/0001-6160(59)90170-1Search in Google Scholar

21. SEP 1680: Aufstellung von Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubildern für Eisenlegierungen. Stahlinstitut VDEh und Wirtschaftsvereinigung Stahl im Stahl-Zentrum (Hrsg.), Düsseldorf, 1990, S. 1–19Search in Google Scholar

22. Lütjens, J.; Heuer, V.; König, F.; Lübben, Th.; Schulze, V.; Trapp, N.: Computer aided simulation of heat treatment (C.A.S.H.), Teil 2: Bestimmung von Eingabedaten zur FEM-Simulation des Einsatzhärtens. HTM Z. Werkst. Waermebeh. Fertigung61 (2006) 1, S. 10–18Search in Google Scholar

23. Trapp, N.: Methoden und Strategien zur Simulation der Wärmebehandlung komplexer Bauteile aus 20MnCr5. Dissertation, Institut für Werkstoffkunde I, Universität Karlsruhe (TH), 2010Search in Google Scholar

24. Mittemeijer, E. J.: Fundamentals of Materials Science. Springer-Verlag, Berlin, 201010.1007/978-3-642-10500-5Search in Google Scholar

25. Liu, F.; Sommer, F.; Mittemeijer, E. J.: Determination of nucleation and growth mechanisms of the crystallization of amorphous alloys. Acta Mater.52 (2004), S. 3207–321610.1016/j.actamat.2004.03.020Search in Google Scholar

26. Porter, D. A.; Easterling, K. E.: Phase Transformations in Metals and Alloys. 2nd ed., CRC press, Nelson Thornes Ltd., Cheltenham, Uk, 200110.1007/978-1-4899-3051-4Search in Google Scholar

27. Sahm, P. R.; Egry, I.; Volkmann, T.: Schmelze, Erstarrung, Grenzflächen. Vieweg Verlag, Braunschweig, 199910.1007/978-3-642-58523-4Search in Google Scholar

28. Gür, C. H.; Jiansheng, P.: Handbook of thermal process modeling of steels. CRC Press, Taylor & Francis, Boca Raton, FL, USA, 2009Search in Google Scholar

29. Smith, R. P.: The diffusion of carbon in iron by the steady state method. Acta Metall.1 (1953), S. 578–587Search in Google Scholar

30. Nusskern, P.; Ohl, A.; Hoffmeister, J.; Schulze, V.: Bestimmung des Porositätstiefenverlaufes festgewalzter pulvermetallurgisch hergestellter Proben aus Astaloy 85 Mo. Sonderband Prakt. Metallographie43 (2001), S. 227–233Search in Google Scholar

Online erschienen: 2013-12-11
Erschienen im Druck: 2013-12-10

© 2013, Carl Hanser Verlag, München

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https://doi.org/10.3139/105.110200
Keywords for this article
Powder-metallurgy; transformation kinetic; densification; carburizing; diffusion

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Downloaded on 27.4.2026 from https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.3139/105.110200/html?lang=en
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