Volume 63, Issue 1

Kurzfassung Das Abschrecken mit Gasen hat sich in den letzten Jahren in der industriellen Produktion zunehmend gegenüber der Verwendung fluider Medien im Abschreckprozess etabliert. Als Hauptgründe hierfür sind zu nennen das reduzierte Sicherheitsrisiko, eine bessere Umweltverträglichkeit und die Möglichkeit einer direkten Beeinflussung des Härteergebnisses. Bislang konnte aufgrund der komplexen Strukturen beim chargenweisen Hochdruckgasabschrecken in kommerziellen Systemen keine vollständig homogene Verteilung der Strömung durch das in der Charge angeordnete Abschreckgut erreicht werden, was eine nicht optimale Abschreckwirkung zur Folge hat, da die erreichten Härtewerte einer Streuung unterliegen. Ein weiteres Problem in industriellen Anlagen ist das Ausweichen des Abschreckgases in den praktisch nicht vermeidbaren Spalt zwischen Charge und Kammerwand, woraus eine Minderung der Abschreckintensität resultiert. In diesem Beitrag werden mittels mehrskaliger, gekoppelter Untersuchungen allgemeine Ansätze zur Bestimmung der Abschreckhomogenität und Erhöhung der Abschreckintensität bei der chargenweisen Hochdruckgasabschreckung aufgezeigt.

In this paper, the effect of quenchant flow on the distortion of carburized steel automotive pinion gears was examined using finite element software, DANTE ® . Utilizing a typical heat treat rack arrangement, two parts in the quenching rack were evaluated by finite element simulations. Quenching oil velocity field around the pinion, reported in a collaborative project that applied CFD modeling of quenchant flow through the racked parts, were used to determine local heat transfer coefficients during quenching. A transverse quenchant flow direction with respect to the pinion shaft axis was studied to investigate the generation of distortion and internal stress evolution due to combined effects of thermal gradient and phase transformations. Part shape change, internal stress and phase transformation histories were calculated for this carburized pinion gear made of AISI 8620.

Kurzfassung Durch den Einsatz der integrierten Wärmebehandlung aus der Schmiedewärme wird eine signifikante Verkürzung der Prozesskette zur Herstellung präzisionsgeschmiedeter Bauteile bei deutlichen Zeit- und Energieersparnissen erreicht. Mit Hilfe einer Wasser-Luft-Sprühkühlung kann eine Randschichtvergütung durchgeführt werden, ohne dabei das Bauteil erneut nach dem Abschrecken zu erwärmen. In dieser Arbeit wurden Modellgeometrien und Zahnwellen (1.7225) mit einem eigens dafür konstruierten rotierenden Sprühfeld randschichtvergütet. Die erreichte Härte und das Gefüge wurde untersucht. Bei beiden Bauteilen, der Zahnwelle und der Modellgeometrie, konnte mit diesem Verfahren eine erfolgreiche Randschichtvergütung durchgeführt werden. Diese Arbeit zeigt erste Ergebnisse, die weiterhin in Dauerfestigkeitsprüfungen bestätigt werden müssen.

Machine components (gear wheels and pinions) made from low-carbon structural steels were gas or low pressure carburized to a standard case depth of 0.7 mm, nitrogen gas- or oil-quenched and tempered to a resulting surface hardness of 60 HRC. The dimensional (shrinkage, growth) and shape distortion (out-of-roundness, out-of-flatness, teething deviations in transversal as well as longitudinal direction), caused by these treatment methods were measured. Also the positional effect in the test batch on the distortion and core hardness was assessed, in order to establish a relationship between these parameters and to find a possibility to optimize the process in future. Finally, the distortion was correlated to the core hardness as well as the case-hardening-depths and the relationship between hardness and distortion was established.

Kurzfassung Der Einsatz von Kohlenwasserstoffen (ohne sauerstoffhaltige Gaskomponenten) beim Niederdruckaufkohlen verhindert die Anwendung der beim Gasaufkohlen etablierten Regeleinrichtungen. Aus diesem Grund wird der Prozess im Gegensatz zur geregelten Gasaufkohlung gesteuert durchgeführt. Das angestrebte Kohlenstofftiefenprofil resultiert aus einem zyklischen Wechsel von Aufkohlungs- und Diffusionssegmenten, deren Dauer und Anzahl vor der Prozessdurchführung durch Aufkohlungsberechnungen bestimmt werden. Wegen der fehlenden Möglichkeit, prozessbegleitend den C-Pegel der Atmosphäre zu bestimmen, stehen viele Wärmebehandlungsbetriebe dem Verfahren noch skeptisch gegenüber. Die sehr gute Reproduzierbarkeit des Verfahrens kann eine Regelung teilweise ersetzen, da zwischen verschiedenen Chargen kaum Abweichungen auftreten. Entscheidend für eine positive Bewertung des Verfahrens ist, dass man bei der Erstellung der Aufkohlungsprogramme ohne Vorversuche auskommt. Die in der Simulation zusammengestellten Programme müssen dabei in ausreichendem Maße genau die angestrebten Zielgrößen erreichen. Die Genauigkeit der Vorhersagen und damit auch das Vertrauen in das Verfahren hängt stark von der Berechnung der Eingangsgrößen für die Simulation ab: Kohlenstoffübergang, werkstoff-spezifischer Diffusionskoeffizient sowie Carbidbildung und -wiederauflösung. Verschiedene Punkte, die zu einer weiteren Verbesserung der Vorhersagequalität der Aufkohlungsberechnungen beitragen können, werden im Folgenden vorgestellt und diskutiert.

Kurzfassung Der Einsatz von Kühlschmierstoffen ist in der spanenden Fertigung der Metall verarbeitenden Industrie gängige Praxis. Sie vermeiden ein Überhitzen von Werkstück und Werkzeug, reduzieren die Reibung und befördern den Spantransport. Wassergemischte Kühlschmierstoffe unterliegen in der Anwendung einer mikrobiellen Besiedlung. Das Wachstum von Mikroorganismen, hierzu zählen Bakterien, Pilze und Hefen, führt zu technischen und hygienischen Schwierigkeiten. Mikroorganismen finden gute Wachstumsbedingungen in wassergemischten Kühlschmierstoffen vor. Nahezu alle Inhaltsstoffe können den Mikroorganismen als Nahrungs- und Energiequelle dienen. Die mikrobielle Verwertung führt zu deutlichen Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Kühlschmierstoffe. Technische und chemische Eigenschaften des Kühlschmierstoffs werden verändert, z.B. der pH-Wert oder die Korrosionsschutzeigenschaften. Dadurch entstehen Probleme im Bezug auf die technische Leistungsfähigkeit, wie beispielsweise ein stärkerer Verschleiß der Werkzeuge oder ungenau gefertigte Werkstücke. Der Verschleiß der Kühlschmierstoffe geht einher mit einem erhöhten Verbrauch an Grundstoffen und steigenden Abfallmengen. Die Stiftung Institut für Werkstofftechnik IWT führte in Kooperation mit der Universität Bremen Langzeituntersuchungen durch, welche die mikrobiellen Einflüsse detaillierter beschreiben und die mikrobielle Besiedlungsstrukturen in Kühlschmierstoffen dokumentieren. Die Veröffentlichung basiert auf Teilen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die IGF finanzierten Forschungsvorhabens 14056 N/1 der Universität Bremen, Fachbereich 04, Fachgebiet Fertigungsverfahren, unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. E. Brinksmeier, sowie der amtlichen Materialprüfungsanstalt MPA, Geschäftsbereich der Stiftung Institut für Werkstofftechnik IWT, unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch. Die hier vorgestellten mikrobiologischen Analysen wurden freundlicher- und dankenswerterweise von Dr. rer. nat. A. Rabenstein durchgeführt. Das Forschungsvorhaben wird in einer Veröffentlichungsfolge von insgesamt drei Beiträgen in der HTM vorgestellt.

Kurzfassung Der Einsatz von Kühlschmierstoffen ist in der spanenden Fertigung der Metall verarbeitenden Industrie gängige Praxis. Sie vermeiden ein Überhitzen von Werkstück und Werkzeug, reduzieren die Reibung und befördern den Spantransport. Wassergemischte Kühlschmierstoffe unterliegen in der Anwendung einer mikrobiellen Besiedlung. Das Wachstum von Mikroorganismen, hierzu zählen Bakterien, Pilze und Hefen, führt zu technischen und hygienischen Schwierigkeiten. Mikroorganismen finden gute Wachstumsbedingungen in wassergemischten Kühlschmierstoffen vor. Nahezu alle Inhaltsstoffe können den Mikroorganismen als Nahrungs- und Energiequelle dienen. Die mikrobielle Verwertung führt zu deutlichen Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Kühlschmierstoffe. Technische und chemische Eigenschaften des Kühlschmierstoffs werden verändert, z.B. der pH-Wert oder die Korrosionsschutzeigenschaften. Dadurch entstehen Probleme im Bezug auf die technische Leistungsfähigkeit wie beispielsweise ein stärkerer Verschleiß der Werkzeuge oder ungenau gefertigte Werkstücke. Der Verschleiß der Kühlschmierstoffe geht einher mit einem erhöhten Verbrauch an Grundstoffen und steigenden Abfallmengen. Die Stiftung Institut für Werkstofftechnik IWT führte in Kooperation mit der Universität Bremen Langzeituntersuchungen durch, welche die mikrobiellen Einflüsse detaillierter beschreiben und die mikrobielle Besiedlungsstrukturen in Kühlschmierstoffen dokumentieren. Die Veröffentlichung basiert auf Teilen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die IGF finanzierten Forschungsvorhabens 14056 N/1 der Universität Bremen, Fachbereich 04, Fachgebiet Fertigungsverfahren, unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. E. Brinksmeier, sowie der amtlichen Materialprüfungsanstalt MPA, Geschäftsbereich der Stiftung Institut für Werkstofftechnik IWT, unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch. Die hier vorgestellten mikrobiologischen Analysen wurden freundlicher- und dankenswerterweise von Dr. rer. nat. A. Rabenstein durchgeführt. Das Forschungsvorhaben wird in einer Veröffentlichungsfolge von insgesamt drei Beiträgen in der HTM vorgestellt.