Volume 60, Issue 1

Kurzfassung Die Möglichkeit des Aufstickens von rostbeständigen Stählen bei hohen Temperaturen ohne Entstehung schädlicher Chromnitride ist durch die Arbeiten von Berns, Spies und anderen bekannt geworden. Der aufgrund dieser Arbeiten entwickelte großtechnische Prozess (SolNit®) wird in Vakuumöfen im Temperaturbereich zwischen 1050 °C und 1150 °C durchgeführt. Das Aufsticken erfolgt hierbei mit reinem Stickstoffgas, wobei der angestrebte Randstickstoffgehalt über den Partialdruck des Stickstoffgases im Vakuumofen eingestellt wird. Die metallurgischen Grundlagen des Aufstickens von rostbeständigen martensitischen und austenitischen Stählen sowie Duplex-Stählen werden kurz vorgestellt. Weiterhin werden die unterschiedlichen Zielsetzungen und Verfahrensführungen beim Einsatzhärten von martensitischen korrosionsbeständigen (SolNit-M®) und von austenitischen Stählen (SolNit-A®) aufgezeigt. Aufgrund neuer Verfahrensentwicklungen konnte die Prozessdauer deutlich vermindert und die Aufstickungstemperatur reduziert werden. Dies wird anhand einer Reihe von Praxisbeispielen, die nach dieser Verfahrenstechnik in Vakuumöfen behandelt wurden, dargelegt.

Kurzfassung Die Oxidation von Legierungselementen in der Randschicht von in Gasatmosphären behandelten Proben führt zum einen zur Bildung von harten Oxiden, denen eine erhebliche Kerbwirkung bei schwingender Belastung zugeordnet wird. Zum anderen werden härtbarkeitssteigernde Legierungselemente durch diese Oxidbildung abgebunden, so dass es zum Auftreten nichtmartensitischer Gefügebestandteile in der Randschicht kommen kann. Bei der Behandlung mit Niederdruckverfahren tritt keine Oxidation auf, wodurch diese Verfahren vielfach als Lösung für die Reduzierung der Randschichtschädigung im Einsatzhärtungs- und Härteprozess gesehen werden. Um so überraschender erscheint es, dass mit im Niederdruckverfahren einsatzgehärteten Proben keine Steigerung der Dauerfestigkeit zu erreichen ist. Die Ergebnisse eines Forschungsvorhabens zur Untersuchung und Reduzierung der Randschichtschädigungseffekte beim Härten und Einsatzhärten werden vorgestellt und diskutiert.

Kurzfassung Eine Neuentwicklung in der Vakuum-Wärmebehandlungstechnik realisiert ein vollautomatisches Härten und Anlassen mit einem integrierten Tiefkühlen bis zu −185 °C. Der absolut reproduzierbare, vollautomatische Zyklus erfordert kein Umchargieren zwischen den einzelnen Prozessschritten. Neben der für die Vakuum-Wärmebehandlung typischen lückenlosen, zusammenhängenden Prozessdokumentation mit kompletter Werkstückthermoelementaufzeichnung sind geringere Personalkosten, kein Unfallrisiko (Verbrennungen durch Spritzer und Dämpfe) sowie kein zusätzlicher Platzbedarf weitere Vorteile gegenüber konventionellen Tiefkühleinrichtungen. Mit dieser Tiefkühl-Vakuumhärtetechnik kann der Tiefkühlprozess ohne zeitlichen Verzug direkt nach dem Härten erfolgen. Durch den auch mit Werkstück-Thermoelementen gesteuerten, wählbaren Tiefkühlgradienten wird ein sanftes kontrolliertes Tiefkühlen ermöglicht, wodurch das Risiko der Spannungsrissbildung erheblich reduziert wird. Eine absolut metallisch blanke Oberflächenqualität wird sichergestellt, da die Werkstücke nach dem Tiefkühlen nicht in Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre treten (keine Oberflächenkorrosion). Des Weiteren wird mit diesem Verfahren eine weitgehende Reduzierung des Restaustenitgehaltes und damit eine Verbesserung der Lebensdauer der Werkzeuge erzielt. In den Ausführungen wird über praktische Erfahrungen beim Tiefkühl-Vakuumhärten von Werkzeugstählen (W.-Nr. 1.2379) berichtet. Insbesondere wird auf die Wirksamkeit der Restaustenitumwandlung durch den Tiefkühlprozess eingegangen, die eine Verringerung des Restaustenitgehaltes bis zur Nachweisgrenze der üblichen röntgendiffraktometrischen Verfahren ermöglicht.

Kurzfassung Moderne Einsatzstähle müssen heute zahlreiche Eigenschaften im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit und das Bauteilverhalten aufweisen. Ferner spielen die Gebrauchseigenschaften für das Leistungsvermögen dieser Edelbaustähle eine große Rolle. Aufgrund von Innovationen in der Fertigungstechnik wie beispielsweise neue Wärmebehandlungstechnologien ist es erforderlich, Einsatzstähle weiterzuentwickeln. Grundlage für den vorliegenden Bericht war der Wunsch eines Nutzfahrzeugherstellers, einen Einsatzstahl zu konzipieren, der die Hochdruckgasabschreckung größerer Antriebskegel- und Tellerräder für Hinterachsgetriebe nach der Aufkohlung erlaubt. Neben der Forderung nach der ausreichenden Kernhärte galt es hierbei auch die Gebrauchseigenschaften, insbesondere die Zähigkeitseigenschaften, zu berücksichtigen. Daher wurden zunächst die metallurgischen Maßnahmen zur Steigerung der Härtbarkeit betrachtet und die Zähigkeitseigenschaften verschiedener Einsatzstähle miteinander verglichen. Aus den erzielten Ergebnissen konnte entnommen werden, dass eine bloße Steigerung der Härtbarkeit nicht zielführend war. Durch Einbeziehung der fertigungstechnischen Einflussgrößen auf die Härtbarkeit von Einsatzstählen wurde belegt, dass der Vorwärmebehandlungszustand eine weitere Einflussgröße darstellt. So wurde an Simulationsproben, die mittels Hochdruckgas nach einer Wärmebehandlung abgeschreckt wurden, dieser Einfluss verifiziert. Es zeigte sich, dass der vorvergütete Ausgangszustand eine deutliche Steigerung der Kernhärte zulässt.

Kurzfassung Die preisgünstige Fertigung mikrooptischer Produkte als Massenartikel oder Endlosfolien in hoher Qualität und Reproduzierbarkeit stellt bis heute eine große technische Herausforderung dar. Mikrooptische Bauteile mit mikrostrukturierten Funktionsoberflächen sind mit Hilfe der Mikrozerspanung und Mikroreplikation grundsätzlich herstellbar und mit der ultrapräzisen Fertigungsmesstechnik nachprüfbar. Dabei ist bisher die Miniaturisierbarkeit der Mikrostrukturen bei gleichzeitig höherer Formgenauigkeit und Oberflächengüte sowie die Herstellung von Großflächen eingeschränkt. In einem Projektverbund erfolgten hierzu Untersuchungen zur ultrapräzisen spanenden Mikrostrukturierung, es wurden Verfahren zur Mikroreplikation weiterentwickelt und die Möglichkeiten zur Messung gefertigter und abgeformter Mikrostrukturen untersucht.

Kurzfassung Verbesserte Kühlleistungen von Hochdruck-Abschreckkammern ermöglichen die Substitution von Ölbädern für die Einsatzhärtung von Getriebeteilen der KFZ-Industrie. Die Verfahrensvorteile der Gasabschreckung, wie z.B. verringerter Bauteilverzug und Wegfall der Nachreinigung, waren jedoch bisher nur in Verbindung mit Niederdruck-Aufkohlungsanlagen möglich. Es wird ein neues Hochdruck-Gasabschreckmodul für Gasaufkohlungsanlagen vorgestellt, das sowohl für Neuanlagen als auch zur Umrüstung bestehender Anlagen geeignet ist. Das Abschreckmodul wird in der Regel mit Stickstoff betrieben und kann bei kurzen Taktzeiten mit einer Gasrückgewinnung ausgestattet werden. Bei verbesserter Wirtschaftlichkeit ist auch Druckluft-Abschreckung möglich. Die Auswirkung der Luftabschreckung auf die Qualität der Bauteiloberfläche wird diskutiert. Durch Wegfall des Ölbades wird nunmehr auch die Integration in die Fertigungslinie möglich. Anhand von Beispielen wird schließlich die Verringerung der Maß- und Formänderungen von Getriebeteilen durch Einsatz des Gasabschreckmoduls im Vergleich zur Ölabschreckung dargestellt.