Volume 62, Issue 6

Kurzfassung Diese Übersichtsarbeit zeigt zuerst die drei gegenseitig bedingten Abschreckprozessteile, nämlich den thermodynamischen, den werkstoffkundlichen und den mechanischen Prozess. Weiter wird die Problematik der Wärmeübergangskoeffizienten beim Abschrecken in flüssigen Mitteln diskutiert. Methoden für die Beurteilung der Abschreckintensität im Labor wie auch in der Praxis werden dargestellt. Die Möglichkeiten für eine absichtliche Änderung der Wärmeentzugsdynamik werden an Beispielen der Intensiven Abschreckung und des Verzögerten Abschreckens dargestellt. Beim Hochdruckgasabschrecken in Vakuumöfen wird eine automatische Steuerung des Wärmeentzugs vorgeschlagen, bzw. eine neue Technologie, die Gesteuerte Wärmeentzugs-Technologie (GWE), eingeführt.

Kurzfassung Mobile Härteprüfgeräte sind in der Praxis der industriellen Qualitätssicherung sehr weit verbreitet. Sie werden überall dort eingesetzt, wo die Proben nicht zu einem stationären Härteprüfgerät gebracht werden können, weil sie zu groß und zu schwer sind oder weil sie in einer Anlage fest eingebaut sind. Im Verlaufe der Entwicklung der mobilen Härteprüftechnik entstanden verschiedene mobile Härteprüfverfahren, die sowohl auf dynamischen als auch auf statischen Prüfverfahren beruhen. Da bei den mobilen Härteprüfgeräten bisher kaum Vorschriften über die Definition und Realisierung der Prüfverfahren vorliegen, hat sich der DINNormenausschuss „Härteprüfung von Metallen“ der Aufgabe gewidmet, Normen über die wichtigsten mobilen Härteprüfverfahren auszuarbeiten, deren Inhalt umrissen wird.

Kurzfassung Im internationalen Wettbewerb der Unternehmen sowie im Trend zur Einsparung von Ressourcen und extremem Leichtbau werden neben einer Fehlerfreiheit zunehmend hohe Anforderungen an die Materialeigenschaften und Qualität hoch beanspruchter Bauteile gestellt. Diese sind neben einer hohen Dauerfestigkeit des Bauteils eine beanspruchungsorientierte Wärmebehandlung der Randschichten von Funktionsflächen, um den hohen statischen und dynamischen Belastungen durch die Krafteinleitung und Bauteilbeanspruchung zu entsprechen. Übliche Fertigungsverfahren zur Einstellung gradierter Werkstoffeigenschaften bei Stahlwerkstoffen mit vergüteten Randschichten sind das Einsatzhärten, Nitrieren, Randschichthärten etc. In diesem Zusammenhang gewinnt die prozessintegrierte Prüfung zur zerstörungsfreien Bestimmung von Randschichteigenschaften, wie der Randhärte und Einsatzhärtungstiefe, in engen Toleranzbändern im Rahmen der Qualitätssicherung zunehmend an Bedeutung. Ein geeignetes Verfahren zur zerstörungsfreien Materialcharakterisierung und Bestimmung von Werkstoffeigenschaften bei ferromagnetischen Bauteilen ist die Harmonischen-Analyse von Wirbelstromsignalen. Der Messeffekt basiert auf den physikalischen Materialeigenschaften, wie der elektrischen Leitfähigkeit und den magnetischen Eigenschaften, die in direktem Zusammenhang mit den mechanisch-technologischen Werkstoffeigenschaften, wie der Rand- und Kernhärte, stehen. Unter Anwendung der Harmonischen-Analyse von Wirbelstromsignalen lassen sich die Messeffekte trennen und unter Variation der Prüffrequenz Informationen aus unterschiedlichen Randschichttiefen gewinnen. Eine geeignete Methode zur Anpassung und problemorientierten Optimierung einer Prüftechnik an die Prüfaufgabe ist die FEM-Simulation elektromagnetischer Felder, der Wirbelstromverteilung und des magnetischen Potenzials im Prüfkörper und Sensorbereich in Abhängigkeit der Prüfparameter und Werkstoffeigenschaften. Durchgeführt wurden Untersuchungen zur FEM-Simulation der Prüfbedingungen in der Randschicht und im Kernbereich von profilierten sowie dünn- und dickwandigen Bauteilen zur Weiterentwicklung und Optimierung der Prüftechnik. Basierend auf diesen grundlegenden Untersuchungen zur zerstörungsfreien Bestimmung der Randhärte und Einsatzhärtungstiefe wurden bei nitrier-, einsatz- und randschichtgehärteten Bauteilen, wie dünnwandigen Näpfen, Scheiben, Wellen und Naben sowie Zahnrädern und großen Tellerrädern, Härtekennwerte in der Randschicht bestimmt.

The use of CFD (Computational Fluid Dynamics) is a powerful engineering analysis tool to reduce distortion, improve yield and to improve “first-time” quality. In this paper, CFD was used to understand quenchant flow in a quench tank, and to understand the effect of quenchant flow on part distortion. FLUENT was used to simulate the quenchant flow through a quench rack of automotive pinions. The analysis showed several locations where the flow could be improved in the quench tank, and identified regions of quenching non-uniformity on the parts. The flow on the parts was examined on the stem, the head and the overall pinion, to identify locations of suspected high distortion.

It is well established that carburization of low alloy steels promotes compressive residual surface stress upon quenching, and that compressive surface stresses enhance fatigue life. In an effort to build on these established facts, a project is in-progress to improve helicopter gear fatigue life the application of intensive quenching to achieve deeper compressive surface stress. Under US Army Sponsorship, DCT has demonstrated the feasibility of improving the bending fatigue life of Pyrowear 53 steel gears by achieving deeper compressive residual stress in carburized and quench hardened parts. Computer simulations of the conventional heat treatment practice and an intensive quenching process were conducted to analyze these heat treating processes in terms of metallurgical response and residual stress development. The timing and location of phase transformations during the quenching process was found to be critical to achieving the optimum residual stress state for service life. Beginning with simple notched bar coupons and progressing to full test gears, the physical bending fatigue results for these heat treated components are discussed in relation to the combined heat treatment residual and gear loading stresses from the computer simulations.

Kurzfassung Ausscheidungshärten ist einer der wichtigsten Prozesse, um die Festigkeit von Aluminiumlegierungen zu steigern. Es besteht aus den Schritten Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern. Für die Bestimmung der optimalen Abschreckparameter sowie für Wärmebehandlungssimulationen ist es wichtig, das temperatur- und zeitabhängige Ausscheidungsverhalten bei kontinuierlicher Abkühlung zu kennen. Bisher existieren aber nahezu keine kontinuierlichen Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramme für Aluminiumlegierungen. Die stattdessen verwendeten isothermischen Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramme oder vorgegebene mittlere Abschreckraten erlauben zwar eine Abschätzung der Abschreckprozesse, aber sie liefern keine zufriedenstellenden Ergebnisse für Härtereien oder Wärmebehandlungssimulationen. Die thermische Analyse, insbesondere die Differential Power Scanning Calorimetry (DPSC), stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Messung von kontinuierlichen Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagrammen dar, falls das DPSC-Gerät die erforderlichen Abschreckgeschwindigkeiten erreichen kann. Für die Aluminiumlegierungen EN AW-7020 (EN AW-AlZn4,5Mg1) und EN AW-7050 (EN AW-AlZn6CuMgZr) konnten kontinuierliche Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramme aufgestellt werden. Bei EN AW-7020 konnte eine kritische Abkühlgeschwindigkeit von 155 K/min ermittelt werden, oberhalb welcher keine Ausscheidungen beim Abkühlen mehr gebildet werden. Des Weiteren wurden zur Charakterisierung Härteprüfungen, metallographische Analysen mittels Licht- und Transmissionselektronenmikroskop und Wiedererwärmversuche in der DPSC durchgeführt. Hierbei konnte eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse mit den kontinuierlichen Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagrammen festgestellt werden.