Volume 61, Issue 3

Kurzfassung Hochcarbidhaltige Nickelbasislegierungen sind vielversprechende Werkstoffe für Anwendungen, bei denen eine hohe Verschleißbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen gefordert ist. Anhand zweier aluminium- und carbidhaltiger Nickelbasislegierungen wurde studiert, wie sich Wärmebehandlungen auf die Mikrostruktur auswirken. Dazu wurden die Legierungen nach jedem der nacheinander durchgeführten Herstellungsschritte Schmelzverdüsen, heiß-isostatisches Pressen, Weichglühen und Auslagerungsglühen mit Hilfe metallographischer und röntgenographischer Methoden untersucht. Es wurde beobachtet, dass sich die eutektisch erstarrten M 2 C-Carbide in M 6 C-Carbide umwandeln. Zudem kommt es zu einer Ausscheidung von Carbidphasen des Typs M 2 3 C 6 entlang von Seigerungszonen der γ-Matrix. Beide Carbidreaktionen beeinflussen das Ausscheidungsverhalten der für die Aushärtung der Matrix verantwortlichen intermetallischen Ni 3 Al-Phase.

Kurzfassung Wälzlagerstähle können durch isothermische Wärmebehandlung in der unteren Bainitstufe gehärtet werden. Durch das Abschrecken im Salz-Warmbad oberhalb der Martensitstarttemperatur und die isothermische Umwandlung werden Wärme- und Umwandlungsspannungen voneinander getrennt und minimiert. Im Gegensatz zur martensitischen Durchhärtung entstehen Rand-Druckeigenspannungen sowie ein geringerer Verzug, was für die Bauteile vorteilhaft ist. Nachteilig ist, dass die konventionelle bainitische Behandlung mehrere Stunden dauert. Es wäre wünschenswert, die Behandlungsdauer zu verkürzen, ohne dabei die mechanischen Eigenschaften der Stähle zu beeinträchtigen. Einige mögliche Verfahren zur Verkürzung der Wärmebehandlung in der unteren Bainitstufe wurden durch vorherige Untersuchungen zur Kinetik der bainitischen Umwandlung von Wälzlagerstählen gefunden. In der vorliegenden Arbeit wurden verkürzte Verfahren an den Stählen 100Cr6 und 100CrMo7 eingesetzt und ihre Gefüge und mechanischen Eigenschaften hinsichtlich der Härte, der Stauchgrenze, der Kerbschlagzähigkeit und der Umlaufbiegefestigkeit untersucht. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass die verkürzten Behandlungen zu einer geringfügigen Erhöhung der Härte der Stähle gegenüber jenen Niveaus, die durch konventionelle Bainitisierung erzielt wurden, führen. Die Anwesenheit von Restaustenit im Gefüge war für die Zähigkeit günstig, beeinträchtigte jedoch die Druckfestigkeit geringfügig. Die Umlaufbiegefestigkeit wurde durch die verkürzten Behandlungen, insbesondere durch die zweistufige Bainitisierung wesentlich erhöht. Bei ausgewählten Verfahren konnte die Behandlungsdauer auf etwa 25% der Dauer einer konventionellen Bainitisieruntg verkürzt werden.

Current trends towards ‘downsizing’ of rolling bearings result in higher demands on the product properties with respect to higher load carrying capacity and resistance to rolling contact fatigue. The objective to further improve the product performance is a challenge, especially considering the high quality standard of modern bearing steels. Heat treatment and specifically quenching are important for producing the desired product properties and therefore further development of these processes is considered relevant for future generation products. To minimize the amount of testing, computer simulations of the effects from heat treatment processes on the resulting product properties are increasingly used as a development tool. This presentation describes work performed to simulate two different quenching cycles, quenching in oil and quenching in salt, applied during through hardening treatments of SAE 52100 bearing steel, in order to understand and predict the hardening process with respect to phase transformations and residual stress generation.

Kurzfassung Das Randschichthärten aus der Umformwärme ist eine Wärmebehandlung, die eine Prozesskettenverkürzung bei der Herstellung präzisionsgeschmiedeter Bauteile unter gleichzeitiger Einsparung von Energie und Zeit ermöglicht. Geeignet für diese Wärmebehandlung sind Vergütungsstähle. Als Abkühlverfahren kann eine Sprühkühlung verwendet werden, da sich mit dieser der Wärmeübergang beim Abschrecken gezielt variieren lässt. In Abhängigkeit der lokalen Abkühlgeschwindigkeit wird so ein Härtegradient in dem Werkstoff erzeugt. Die experimentelle Prozessauslegung der Randschichthärtung aus der Umformwärme bedingt einen hohen Versuchsaufwand, sodass die Simulation der Bauteilabkühlung mit daran gekoppelter Berechnung von Gefügeumwandlungen und Härte eine Zeit- und Kostenreduzierung verspricht. Um eine solche Berechnung zu realisieren, wurden Messungen des Wärmeübergangskoeffizienten bei der Sprühkühlung durchgeführt, entwickelte Algorithmen zur Härteberechnung an der Simulation des Stirnabschreckversuches verifiziert und eine Berechnung der Randschichthärtung präzisionsgeschmiedeter Zahnräder durchgeführt.

Kurzfassung Das Laserstrahlhärten von Stahl ist eine lokale Wärmebehandlung, bei der eine örtliche Austenitisierung mit nachfolgender Härtung stattfindet. Eine Steigerung der Dauerfestigkeit von Proben oder Bauteilen durch das Laserstrahlhärten ist möglich, wenn die Härtezone so gelegt wird, dass die hoch beanspruchten Bereiche eine Härtesteigerung erfahren, während die Anlasszone, welche die Härtezone umgibt, in wenig beanspruchten Bereichen liegt. Dieses ist bei gekerbten oder abgesetzten Proben und Bauteilen möglich, welche in der vorliegenden Arbeit untersucht wurden. Im Teil 1 der Veröffentlichung wurde das experimentelle Versuchsprogramm sowie die Simulation der Eigenspannungen beschrieben [1]. Der Einfluss des partiellen gepulsten Laserstrahlhärtens von konstruktionsbedingten Kerben in Form von Bohrungen und Kehlen auf die Dauerfestigkeit ist der Schwerpunkt des vorliegenden zweiten Teils. Die Dauerfestigkeiten wurden sowohl experimentell als auch rechnerisch bestimmt. Die Basis hierfür ist das erweiterte Fehlstellenmodell, mit dem neben der Dauerfestigkeit auch Rissbildungswahrscheinlichkeiten an der Oberfläche und im Volumen von Proben und Bauteilen berechnet werden können. Da die Rissbildung fast ausschließlich an der Oberfläche beobachtet wurde, konnte die Anwendung des erweiterten Fehlstellenmodells auf die Oberfläche beschränkt werden, wobei für die Rissbildung die Schwingfestigkeitshypothese von Dang Van angewandt wurde.

Kurzfassung Umform- und Schneidwerkzeuge werden häufig durch die Kombination von CVD (Chemical Vapor Deposition)-Hartstoff-Beschichten und durchgreifendem martensitischen Härten behandelt. Das Kombinationsverfahren CVD-Beschichten mit anschließendem Laserstrahlhärten bietet eine alternative Möglichkeit zur schnellen und verzugsarmen Nachwärmebehandlung von CVD-beschichteten Stahlsubstraten. Der Laserstrahl ermöglicht auf flexible Weise, die Bauteiloberfläche lokal begrenzt zu austenitisieren und durch Selbstabschreckung martensitisch zu härten. Die guten Eigenschaften sowohl der Hartstoffschicht als auch des Substrates können hierbei genutzt werden. Die Hartstoffschicht besitzt einen hohen Verschleißwiderstand und das Substrat besitzt nach einer geeigneten Wärmebehandlung eine hohe Festigkeit. Insbesondere an Anfangs- und Endpunkten bei geschlossenen Konturen kann es dabei zu überlappenden Härtespuren kommen. Überlappende Härtespuren wurden an HT-CVD TiN-beschichteten Flachproben der Stahlsubstrate 42CrMo4 und X153CrMoV12 hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Gefüge, Eigenschaften, Eigenspannungen und Verzug untersucht.

Kurzfassung Kurze Austenitisier- oder Heizzeiten bei der Randschichthärtung stellen sowohl für Anwender als auch für Hersteller von Härtemaschinen einen nicht unerheblichen Anreiz dar, weil konturentreue und dünne Randschichten damit leichter herstellbar sind und weil kurze Taktzeiten wirtschaftliche Vorteile bringen. Wegen des unübersichtlichen Kenntnisstands über den Einfluss der Heizzeit auf die Schwingfestigkeit nimmt die Verfahrensgestaltung bei induktiver Randschichthärtung kaum Bezug zu diesem Thema. Es soll hier der Frage nachgegangen werden, ob die heute technisch möglichen stark verkürzten Austenitisierzeiten im unteren einstelligen Sekundenbereich für die Schwingfestigkeit von randschichtgehärteten Bauteilen tatsächlich unbedenklich sind und wie die Praxis damit umgehen kann. Anhand von Beispielen werden die Grenzen der Prognostik aufgezeigt. Die Betrachtungen sind auf die Biegewechsel-Dauerfestigkeit begrenzt.