Volume 59, Issue 1

Kurzfassung Das Dauerschwingverhalten vergüteter oder gehärteter Stahlbauteile kann bekanntlich durch gezielte mechanische Randschichtbehandlungen, die betragsmäßig hohe Druckeigenspannungen in oberflächennahe Schichten einbringen, erheblich verbessert werden. Im Rahmen einer kostenorientierten Fertigung ist dabei anzustreben, entweder den sowieso vorgesehenen letz-ten Fertigbearbeitungsschritt als druckeigenspannungserzeugendes Verfahren zu realisieren oder die als zusätzliche Fertigungsschritte anzuwendenden Randschichtbehandlungen so optimal auszuführen, dass bei größtmöglicher Wirksamkeit der zusätzliche Aufwand gerechtfertigt wird. In der vorgesehenen Veröffentlichungsreihe werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie mit modifizierten Schleifbearbeitungen oder mit kombinierten Kugelstrahlbehandlungen durch optimale Abstimmung der für das Dauerschwingverhalten wesentlichen Einflussgrößen Oberflächenbetrag und Tiefenverlauf der Eigenspannungen, Rautiefe und Randschichtverfestigung tatsächlich größtmögliche Schwingfestigkeitssteigerungen erreicht werden können. Das Zusammenwirken dieser Einflussgrößen hängt stark vom Wärmebehandlungszustand ab. Daher erscheint die vorgenommene, den untersuchten Wärmebehandlungszuständen vergütet, durchgehärtet und einsatzgehärtet entsprechende Aufteilung des Themas zweckdienlich.

Kurzfassung Die Schwingfestigkeit der einsatzgehärteten Stähle 15CrNi6 und 14NiCr18 wurde im Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich untersucht. Die gekerbten Proben waren auf Randkohlenstoffgehalte zwischen 0,6 Ma.-% und 1,0 Ma.-% aufgekohlt worden, die Gefüge hatten Restaustenitgehalte zwischen 20 Vol.-% und 60 Vol.-%. Die größten Werte der Schwingfestigkeit wurden bei Restaustenitgehalten um 35 Vol.-% gefunden. Rissbildung und Risswachstum bei schwingender Beanspruchung werden von den Parametern Härte und Duktilität des Gefüges, Eigenspannungsverteilung und Restaustenitumwandlung während der Beanspruchung bestimmt, die alle vom Restaustenitgehalt abhängen und hier offensichtlich bei etwa 35 Vol.-% Restaustenit die Schwingfestigkeit optimal beeinflussen.

Kurzfassung Die mechanischen Eigenschaften nitrierter Bauteile werden in starkem Maße durch die sich bei der Nitrierung ausbildenden Eigenspannungen in der Verbindungs- und Diffusionsschicht bestimmt. Dabei wird der Eigenspannungszustand bei einer gegebenen Nitriertemperatur maßgeblich durch die Nitrierkennzahl und den Werkstoff selbst beeinflusst, während die Eigenspannungsausbildung bei der Abkühlung durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Nitridphasen und des Grundwerkstoffes sowie durch Ausscheidungsbildung bestimmt wird. Noch bis vor einigen Jahren konnten Eigenspannungsmessungen an nitrierten Bauteilen nur nach einer Nitrierbehandlung durchgeführt werden, was zu einem erheblichen Kenntnismangel hinsichtlich der Beeinflussung und Ausbildung von Eigenspannungszuständen während eines Nitrierprozesses führte. Aus diesem Grunde wurde am IWT (Stiftung Institut für Werkstofftechnik) in Bremen eine spezielle Nitrierapparatur entwickelt, die in ein Röntgendiffraktometer eingebaut wurde. Dadurch ist es möglich, die Entstehung und die Ursachen von Nitriereigenspannungen sowohl vor, nach als auch während einer konventionellen Gasnitrierbehandlung und der Abkühlung mit röntgenographischen Methoden in situ zu untersuchen. Experimentelle Ergebnisse an unlegierten Kohlenstoffstählen wurden bereits vorgestellt. Mithilfe dieser Messapparatur werden jetzt die Veränderungen der Eigenspannungen während einer Nitrierung und Abkühlung in den einzelnen Phasen der Verbindungs- und Diffusionsschicht der Stähle 42CrMo4 und 31CrMoV9 dargestellt. Es zeigte sich dabei, dass die Eigenspannungen in der Verbindungsschicht weitgehend konstant sind, während die zu Beginn der Nitrierung in der Diffusionsschicht vorliegenden hohen Druckeigenspannungen durch die Bildung von Chromnitridausscheidungen abnehmen.

Kurzfassung Eine optimale Simulation von Wärmebehandlungsprozessen setzt voraus, dass die notwendigen Stoffwerte zur Beschreibung der Phasentransformation zur Verfügung stehen. Während der Wärmebehandlung entstehen umwandlungs- und thermisch bedingte Spannungen, die das Umwandlungsverhalten beeinflussen. Das Zusammenwirken zwischen Phasenumwandlung und inneren Spannungen ist Gegenstand der vorliegenden Untersuchung. Für die isotherme, perlitische und bainitische Umwandlung des Wälzlagerstahls 100Cr6 wurde die Abhängigkeit der Umwandlungskinetik und Umwandlungsplastizität von der Temperatur, der gebildeten Phase und dem Spannungszustand studiert. Es zeigt sich, dass eine Beschleunigung der Phasenumwandlung durch äußere Spannungen nur in begrenzten Temperaturbereichen stattfindet. Der Materialkennwert K, der die umwandlungsplastische Dehnung kennzeichnet, nimmt bei perlitischer Umwandlung mit zunehmender Umwandlungstemperatur linear zu, bei bainitischer Umwandlung dagegen ab.

Kurzfassung Der im Jahre 2001 eingerichtete Sonderforschungsbereich 570 „Distortion Engineering“ behandelt den Bauteilverzug als eine Systemeigenschaft. Entsprechend muss die Verzugsentstehung systemorientiert analysiert werden. Die entsprechenden Konzepte wurden bereits im letzten Jahr an dieser Stelle vorgestellt [1]. In dieser Arbeit werden Ergebnisse der ersten inzwischen durchgeführten fertigungsschrittübergreifenden Untersuchungen vorgestellt.

Kurzfassung Durch eine thermische Nachbehandlung konnte in laserstrahlgeschweißten Nähten der Al-Legierung AlSi1MgMn ein nahezu konstanter Härteverlauf über Grundwerkstoff, Wärmeeinflusszone und Schweißgut eingestellt werden. Dabei wurde der Grundwerkstoff AlSi1MgMn im Zustand T4 und T6 mit dem Schweißzusatz AlSi7Mg zu I-Nähten verschweißt. Y-Nähte wurden mit einem experimentellen scandiumhaltigen Schweißzusatz geschweißt.

Kurzfassung Als ein vergleichsweise neuartiges Urformverfahren bietet das Sprühkompaktieren die Möglichkeit zur Herstellung homogener und seigerungsfreier metallischer Werkstoffe, die damit eine sehr gute Basis für die Weiterverarbeitung in Form von Warmumformung und Wärmebehandlung schaffen. Am Beispiel des Stahles 100Cr6 wird dargestellt, inwieweit durch die Anwendung des Sprühkompaktierens in Kombination mit den Verfahrensschritten Warmumformung und Wärmebehandlung die Erzeugung von homogenen und hochfesten Werkstoffzuständen realisiert werden kann. Eine abschließende Beurteilung der Ergebnisse erfolgt dabei durch Vergleiche hinsichtlich Gefüge und mechanischer Eigenschaften mit Arbeiten an konventionell erzeugtem 100Cr6. Dieser erste Teil der Veröffentlichung „Werkstoffentwicklung durch Sprühkompaktieren am Beispiel des Stahles 100Cr6“ beleuchtet zunächst den Stand der Technik beim Sprühkompaktieren. Es werden das Verfahrensprinzip, die wesentlichen Prozessparameter und deren Bedeutung für den Gesamtprozess sowie die daraus resultierenden charakteristischen Eigenschaften sprühkompaktierter un- und niedriglegierter Stähle dargestellt.

Kurzfassung Die Veränderungen von Eigenspannungen, Halbwertsbreite oder Restaustenitgehalt sind empfindliche Indikatoren für die Reaktion eines gehärteten Bauteils auf bestimmte Fertigungsbedingungen oder auf sein Verhalten unter Betriebsbelastung. Die röntgenographische Messung dieser Eigenschaften geben dem Entwicklungs- und Fertigungsingenieur wertvolle Hinweise für die Gestaltung des Bauteils bzw. des Herstellprozesses. Die Bewertung von Schadensfällen wird erheblich erleichtert. Hierfür werden Beispiele anhand von Wälzlagern aus gehärtetem und angelassenem Stahl 100Cr6 vorgestellt. Die verwendete Röntgenbeugungsmessmethodik ist unverzichtbar für die Beurteilung von Wälzlagern und anderen hochbeanspruchten Elementen der Antriebstechnik.