Volume 60, Issue 5

Kurzfassung Vor etwa 20 Jahren sind grundlegende Untersuchungen zur Feinkornbeständigkeit von Einsatzstählen nach betrieblicher Wärmebehandlung im Wesentlichen an dem Stahl 16MnCr5 durchgeführt worden. Nachfolgende Veröffentlichungen beschäftigten sich mit Cr-Mo-legierten Einsatzstählen. In der Hauptsache wurden Stähle mit Zusatz von Aluminium (Al) und Stickstoff (N) behandelt. Um die Jahrtausendwende kamen vermehrt Ergebnisberichte über weitere Zusätze wie Niob (Nb) und Titan (Ti), auch im Zusammenhang mit Referenz-Wärmebehandlungen, hinzu. Die vorliegende Veröffentlichung ergänzt die bisherigen Untersuchungen mit neuen Ergebnissen an weiteren konventionell hergestellten und betrieblich behandelten Stählen, z.B. der Legierungstypen CrNi, CrMo, MoCr, CrNiMo und MnCrB, sodass eine nahezu lückenlose Erfahrung von den herkömmlichen zu den zukünftigen Stählen für Hochtemperaturaufkohlung besteht. Wenn die Gesetzmäßigkeiten der Nitridauflösung und -ausscheidung beachtet werden, können praktisch alle Stähle nach den üblichen Vor-Wärmebehandlungen bei Herstellung und Weiterverarbeitung eine Aufkohlung bis etwa 1000 °C mit einer Haltedauer von mindestens vier Stunden ohne Grobkornbildung überstehen. Unterschiede zwischen betrieblicher Wärmebehandlung und Referenzbehandlung werden im Einzelnen behandelt. Darüber hinaus werden Hinweise zur fehlerarmen Herstellung des Stranggussvormaterials bis hin zum Walzen gegeben.

Kurzfassung Ziel dieser Arbeit war es, weiterführende Informationen über den Einfluss des Oberflächen-, Gefüge- und Eigenspannungszustandes der randschichtnahen Werkstoffbereiche auf die Prozesse zu erhalten, die das Versagen einsatzgehärteter, biegebeanspruchter Proben bestimmen. Für die Schwingfestigkeitsuntersuchungen wurden taillierte Biegeproben aus dem Einsatzstahl 16MnCr5 (W.-Nr. 1.7131) gefertigt und mit einem Gas-, einem Niederdruck- und einem Plasmaaufkohlungsverfahren aufgekohlt. Ein Teil der aufgekohlten Proben wurde nach der Wärmebehandlung geschliffen oder kugelgestrahlt, um den Einfluss nachgeschalteter Fertigungsschritte auf die Schwingfestigkeit beurteilen zu können. Der Randschichtzustand aller Varianten wurde ausführlich charakterisiert, d.h. es wurden Härte- und Kohlenstoffverläufe, Restaustenitgehalt und Eigenspannungszustand der Randschichten ermittelt. Neben der Charakterisierung der Randschichten stand die Weiterentwicklung von Modellen zur Berechnung der Dauerfestigkeit im Mittelpunkt der Untersuchungen, wofür zwei Modelle zur rechnerischen Vorhersage der Dauerfestigkeiten eingesetzt wurden. Zum einen das Fehlstellenmodell, das örtliche Überlebenswahrscheinlichkeiten berechnet und diese nach den Prinzipien der Statistik auf die gesamte Probe ausdehnt, und zum anderen ein bruchmechanisches Modell, das auf einem einfachen Ansatz zur Bewertung des schädigenden Verhaltens von Oberflächendefekten beruht.

Kurzfassung Es wird am Beispiel eines pulvermetallurgisch hergestellten Schnellarbeitsstahls gezeigt, wie sich durch die Röntgendiffraktometrie zugängliche Mikrostrukturparameter als Funktion der Abkühlgeschwindigkeit verändern. Bei den Auswertungen wurde auch der in den Beugungsdiffraktogrammen sichtbare Geräteeinfluss berücksichtigt. Kombiniert man den Geräteeinfluss nun mit peakverbreitenden Mechanismen, werden die quantitative Phasenmengenauswertung sowie die Bestimmung von Gitterparameter- und Gitterfehlerverläufen genauer.

Kurzfassung Eine Verkürzung der Prozesskette zur Herstellung von Hochleistungsbauteilen durch Präzisionsschmieden mit integrierter Wärmebehandlung und zerstörungsfreier Bauteilprüfung, wie sie im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 489 an der Universität Hannover entwickelt wird, bietet neue Möglichkeiten zur wirtschaftlichen Fertigung von hochbeanspruchten Maschinenbauteilen hoher Qualität. Neben der Verkürzung der Prozesskette durch das Präzisionsschmieden ist eine weitere Verkürzung erreichbar, wenn die Wärmebehandlung in die Prozesskette integriert und direkt aus der Schmiedewärme abgeschreckt und angelassen wird. Die unmittelbare zerstörungsfreie Erfassung relevanter Prozessparameter und Bauteileigenschaften im Prozessablauf ist dabei von wesentlicher Bedeutung für die Prozesssteuerung und Erreichung einer hohen Prozesssicherheit. Um Vergütungsstähle aus der Schmiedewärme randschichtzuhärten, wird der technologische Ansatz der Zweiphasen-Spraykühlung verfolgt. Durch die Anwendung eines Sprayfeldes zur Wärmebehandlung ist es möglich, einen sich aus dem Beanspruchungsprofil des Zahnrades und der geforderten Dauerfestigkeit ergebenden idealen Härte-Tiefenverlauf einzustellen. Zur schnellen zerstörungsfreien Bestimmung der Härtekennwerte, wie die Kernhärte, Randhärte und Einhärtungstiefe, im Verzahnungsbereich von Zahnrädern wurde die Harmonischen-Analyse von Wirbelstromsignalen mithilfe von FEM-Simulationen weiterentwickelt und an das Prüfproblem angepasst. Die dadurch möglich gewordene hochaufgelöste und gleichzeitig schnelle Erfassung der Härte im Verzahnungsbereich von Zahnrädern erlaubt eine gute Beurteilung der mittels Spraykühlung erzielten Aufhärtung von Bauteilfunktionsflächen. Die Beurteilung der Bauteileigenschaften sowie der Lebensdauer erfolgte durch die Prüfung präzisionsgeschmiedeter und konventionell gefertigter Zahnräder unter realistischen Betriebsbedingungen in einem Verzahnungsprüfstand unter Uml;aufprüfung.

Kurzfassung Durch die Entwicklung eines Wasserstoffsensors, einem Sensor zur kontinuierlichen In-Situ-Messung von Wasserstoff direkt in der Ofenatmosphäre, ist es möglich, die Nitrierkennzahl K N als Maß für die Nitrierfähigkeit der Ofenatmosphäre genau zu bestimmen und auf diese Weise geregelte Nitrier- und Nitrocarburierprozesse durchzuführen. Beim Nitrieren in Ammoniak oder in Ammoniak mit Zusatz von dissoziiertem NH 3 genügt allein die Kenntnis des Wasserstoffpartialdruckes im Ofen, um direkt daraus den Ammoniakgehalt abzuleiten. Für die Regelung eines Nitrocarburierprozesses ist zusätzlich noch die Kenntnis der Frischgaszusammensetzung, erfasst mit Hilfe von Massendurchflussmessern, nötig. Durch die Kenntnis dieser Werte ist eine Berechnung der charakteristischen Kennzahlen – Nitrierkennzahl K N , Carburierkennzahlen K C W und K C B sowie Oxidierkennzahl K O – der Nitrier- und Nitrocarburierprozesse möglich. Mittels einer geeigneten Programm- und Regel-Software können diese Kennzahlen zur Regelung von Wärmebehandlungsabläufen benutzt werden. Der große Vorteil solch geregelter Prozesse liegt zum einen in der starken Erhöhung der Prozesssicherheit und -reproduzierbarkeit, zum anderen aber auch in der zum Teil deutlichen Minimierung der Prozessdauer und des Verbrauchs an Prozessgas. Dieser Artikel stellt die Anwendung und den Betrieb einer großen, vollautomatischen Ofenanlage, bestehend aus acht vertikalen Retortenöfen, sowie repräsentative Nitrier- und Nitrocarburierprozesse vor.