Band 63, Heft 5

Kurzfassung Der Sonderforschungsbereich 570 „Distortion Engineering – Verzugsbeherrschung in der Fertigung“ an der Universität Bremen hat sich als ein Ziel die Bestimmung signifikanter Einflussgrößen und Wechselwirkungen auf den Verzug über die gesamte Fertigungskette von ausgewählten Bauteilen gesetzt, um die wesentlichen Mechanismen der Verzugsentstehung zu identifizieren. In diesem Zusammenhang kommt der Simulation eine große Bedeutung zu, da hiermit die zeitliche Entwicklung der Vorgänge auch lokal im Bauteil analysiert werden können. Hieraus können dann die signifikanten Vorgänge der Verzugsentstehung abgeleitet werden. Für die Simulation muss ein qualitativ hochwertiger Datensatz als Grundvoraussetzung angesehen werden. In der vorliegenden Arbeit wird daher über das Vorgehen sowie die Herausforderungen bei der Erstellung eines Datensatzes für den Wälzlagerstahl 100Cr6 berichtet. Als einschränkende Bedingung soll dieser Datensatz zunächst nur für die Berechnung einer durchgreifenden martensitischen Härtung bei einem definierten Austenitisierungszustand gelten. Neben den thermophysikalischen und -mechanischen Kenngrößen werden die Parameter zur Beschreibung einer martensitischen Umwandlung angegeben. Die Güte des erstellten Datensatzes wird aus dem Vergleich von berechneten und experimentell ermittelten Ergebnissen hinsichtlich Maß- und Formänderungen sowie der Eigenspannungen von Wälzlagerringen nach einer martensitischen Härtung diskutiert. ▪

Kurzfassung In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss der Prozessparameter auf die Eigenspannungsausbildung bei der Drehbearbeitung eines Bauteils mit einer funktional gradierten Eigenschaftsverteilung untersucht. Es handelt sich um eine in einem thermo-mechanischen Umformprozess hergestellte Flanschwelle aus dem Werkstoff 51CrV4, bei der eine charakteristische ortsabhängige Gefügeverteilung vorliegt. Als Folge der daraus resultierenden Härte- bzw. Festigkeitsverteilung stellen sich durch die spanende Bearbeitung ortsabhängige Eigenspannungsverteilungen mit unterschiedlichen Tiefenverläufen ein, deren Ursachen in Abhängigkeit der Prozessparameter diskutiert werden.▪

Kurzfassung Aufgrund der immer höheren Anforderungen an die Formgenauigkeit bei optischen Flächen mit komplexen Geometrien (z. B. Freiformflächen für Head-Up-Displays) ist es notwendig, beim deterministischen Polieren auf einer Werkstückfläche lokal vordefinierte Abträge zu erzielen, wodurch eine minimale Formkorrektur bei gleichzeitiger Verringerung der Oberflächenrauheit erreicht wird. Aus diesem Grund bedarf es einer präzisen Steuerung des Polierwerkzeuges. Eine Möglichkeit hierfür ist, das Werkzeug und damit verbundene Materialabträge über Verweilzeiten zu steuern. In diesem Beitrag wird das mathematische Problem der Ermittlung einer optimalen Verweilzeitverteilung aus der Fehlerfunktion des Werkstücks und der lokalen, im Prozess konstanten Materialabtragsfunktion des Werkzeugs diskutiert. Hierzu wird eine numerische Annäherung präsentiert, die stabil, sehr schnell und hinreichend genau das Optimum berechnet. ▪

Despite its worldwide application , gas carburizing faces certain challenges in control and variability. No current carburization model accounts for the effect of surface roughness and is able to predict observed case depth variations. An investigation of the effect of surface roughness on gas carburizing performance, with the aim of developing a functional relationship between surface roughness and the mass transfer coefficient, is reported. A further objective was to model surface roughness effects on the carbon concentration profile and corresponding case depth variations. A scanning laser microscope was used to measure 3D roughness parameters and surface area of AISI 8620 steel samples subject to various surface preparation operations. Carburizing response was analyzed in terms of weight gain, microhardness and carbon concentration profiles. The weight gain and surface carbon concentration were used to calculate the mass transfer coefficient. The carburizing kinetics was found to be directly proportional to the surface roughness and was a function of surface area available for carbon transfer. The calculated mass transfer coefficients and mass transfer coefficients from the literature were used as input to the carburization model. Experimentally determined concentration profiles validated the model prediction. It is included that the model can be used to estimate initial surface conditions to improve carburizing performance and for effective process control. ▪

Kurzfassung Aus Gründen der Kostenersparnis sollte der in großen Mengen verarbeitete Einsatzstahl VW 4521 (20NiMoCr6-5, 1.6757) statt bei 980 °C 4 h bei 1050 °C 2,5 h aufgekohlt werden. Aufgrund neuerer Erkenntnisse zur Feinkornstabilisierung wurde entschieden, dass eine Zulegierung mit Niob erfolgen sollte. Die Weiterverarbeitung einer Industrieschmelze zu ausgewalztem Stabstahl wurde über Glühen auf ferritisch-perlitisches Gefüge (FP-Glühen) zum Kaltmassivumformen und alternativ über Warmschmieden mit gesteuerter Abkühlung durchgeführt. Vor Beginn der Einsatzbehandlung der Getriebeteile im Betrieb wurden Simulationen im Labor zu diesem Prozess zur begleitenden Absicherung des Behandlungserfolges angestellt. Der neue Stahl VW 4521 + Nb erwies sich bei der erhöhten Aufkohlungstemperatur als feinkornbeständig und dem Standardstahl überlegen. Im Betriebsdurchlauf konnte die Ofentaktzeit um etwa 50 % erhöht werden. Die Überprüfung von Maßabweichungen und Verzügen zeigte eine weitere Überlegenheit hinsichtlich einer deutlichen Reduzierung und damit einer Verringerung von Nacharbeiten. Die intensive projektbegleitende Zusammenarbeit zwischen Hersteller des Rohstahles, Zwischenverarbeiter und Automobilhersteller sowie der Labor-Simulation der anzuwendenden Prozesse hat sich als hochwertig im Sinne der Qualitätssicherung in der Wärmebehandlung erwiesen. Das Projekt konnte in nur 21 Monaten nach der ersten Anfrage erfolgreich abgeschlossen werden.▪

Kurzfassung Legierungen auf Aluminiumbasis zeichnen sich durch eine geringe Dichte bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften aus. Die Verstärkung von Aluminiumlegierungen durch Mg 2 Si kann zu einer weiteren Verbesserung der Eigenschaften, insbesondere der Warmfestigkeit, bei gleichzeitiger Dichtereduzierung beitragen. Durch gängige Gießprozesse lassen sich lediglich geringe Mengen Mg 2 Si in die Aluminiummatrix einbringen. Das Verfahren des Sprühkompaktierens bietet die Möglichkeit, eine feine Verteilung der Mg 2 Si-Partikel im Gefüge auch für große Mengen (> 15 Ma.-% Mg 2 Si) zu erzielen. Eine Vergröberung der Partikel wird hierbei durch hohe Abkühlraten unterdrückt. Aluminiumlegierungen mit Mg 2 Si-Gehalten von 22-34 Ma.-% konnten mittels Sprühkompaktieren erfolgreich hergestellt werden. Sie wurden anschließend stranggepresst und wärmebehandelt. Allen Legierungen wurde ca. 1,8 Ma.-% Kupfer beigegeben, um eine zusätzliche Steigerung der Festigkeit durch metastabile Al-Cu-Ausscheidungen zu erreichen. Die Werkstoffe wurden zur Beurteilung der Ausscheidungsverteilung metallografisch untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass für die untersuchten Legierungen die Mg 2 Si-Partikelgröße sowohl während des Umformens als auch während der Wärmebehandlung nahezu unbeeinflusst bleibt. Die Form und Verteilung der weiteren Phasen hingegen hängt wesentlich vom Wärmebehandlungszustand ab. Mittels Dichte- und Härtemessungen konnte die Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Verbesserung der mechanischen Eigenschaften nachgewiesen werden. Die Warmfestigkeit der Werkstoffe wurde anhand von Zugversuchen bei erhöhter Temperatur bestimmt. Ein signifikanter Einfluss der durch Variation der Prozessführung beim Sprühkompaktieren eingestellten Mg 2 Si-Partikelgröße auf die mechanischen Eigenschaften konnte ausgemacht werden. Anwendungen für diese neuartigen Aluminiumlegierungen sind in Bereichen zu erwarten, in denen geringe Dichten in Verbindung mit hoher Warmfestigkeit gefordert sind, z. B. in Verbrennungsmaschinen. ▪

Kurzfassung Die hohen Anforderungen, die an Hochleistungsbauteile gestellt werden, erfordern prozessbegleitend zunehmend den Einsatz zerstörungsfreier Prüftechniken, um zu einer Qualitätssicherung in der Fertigung zu kommen. Zur Inline-Fehlerprüfung von randzonenvergüteten Bauteilen wurden spezielle Wirbelstrom-Scantechniken und Thermografieverfahren mit kurzzeitiger induktiver Anregung entwickelt und eingesetzt. Entwickelt wurden eine spezielle Wirbelstromsonde zur Einzelzahn-Fehlerprüfung schrägverzahnter Zahnräder und eine an die Bauteilgeometrie angepasste Wirbelstrom-Scantechnik zum Nachweis von Schmiedefehlern, Härte- und Ermüdungsrissen im Stirnflächen-, Wellen- und Zahnkranzbereich. Zur Schadensfrüherkennung unter Betriebsbedingungen wurde eine Wirbelstromtechnik entwickelt und eingesetzt, mit der eine Riss- und Grübchenbildung unter Umlaufbedingungen empfindlich nachgewiesen und in seiner Entwicklung verfolgt werden kann. Als eine neue bildgebende Technologie zur schnellen Fehlerprüfung der Randzone profilierter Bauteile wurde ein Thermografieverfahren mit kurzzeitiger induktiver Anregung entwickelt. Unter optimierten Prüfparametern werden Oberflächenfehler in der Randzone profilierter Bauteile mit einer hohen Fehlerempfindlichkeit und Fehlerauflösung bildhaft in ihrem Verlauf nachgewiesen. ▪