Volume 63, Issue 6

Massive cementite surface-layers can be prepared upon gaseous nitrocarburising of α-iron substrates, where the ammonia contained in the gas atmosphere suppresses the otherwise occurring metal dusting and sooting reactions. The growth kinetics and properties of such cementite layers have been reviewed, in particular in view of possible deliberate generation of such layers in the course of commercial heat-treatment processes.

Kurzfassung An gehärteten und an angelassenen Proben aus den Einsatzstählen 16MnCr5 und 17CrNiMo6 wurden das Schwingfestigkeitsverhalten bei Umlaufbiegung, das Bruchverhalten im Biegeversuch mit langsamer und mit schlagartiger Laststeigerung und das Schleifverhalten untersucht. Anlassen verbessert erwartungsgemäß die Duktilität des einsatzgehärteten Randgefüges und die Zähigkeit des Verbunds aus hartem Randgefüge und weicherem Kerngefüge. Das Zeitfestigkeitsverhalten der angelassenen Gefüge ist bei beiden Werkstoffen gravierend schlechter als das Zeitfestigkeitsverhalten der gehärteten Gefüge. Anlassen verschlechtert ebenfalls die Dauerfestigkeitswerte gegenüber den gehärteten Gefüge, ausgenommen die P = 5%-Werte des Stahls 17CrNiMo6. Die Ergebnisse bestätigen den Kenntnisstand, dass bei gleichen Schleifbedingungen (und harten Gefügezuständen) angelassene Gefüge besser schleifbar sind als gehärtete Gefüge.

Kurzfassung Die Randschichteigenschaften beeinflussen maßgeblich die Dauerschwingfestigkeit einsatzgehärteter Stähle. Mit Randschichteigenschaften sind dabei nicht nur die Rauheitskennwerte gemeint, sondern insbesondere die Eigenschaften der „inneren“ Randschicht, welche durch den Aufkohlungsprozess beeinflusst werden. Es ist bekannt, dass atmosphärische Gasaufkohlungsprozesse Randoxidation erzeugen. Insbesondere die dabei an Korngrenzen gebildeten Oxide können als scharfe Kerben wirken. In den Oxiden sind Legierungselemente gebunden, wodurch der Gehalt an im Austenit gelöst vorliegenden Legierungselementen reduziert wird. Am Ende eines Gasaufkohlungsprozesses kann es durch eine unzureichend kontrollierte Atmosphäre und/oder beim Entladen durch Luft zu Entkohlungserscheinungen auf der Oberfläche kommen. Beide Effekte reduzieren die Härtbarkeit und können dadurch zur Ausbildung nichtmartensitischer Gefügebestandteile in der Randschicht führen. Sie bewirken außerdem eine Änderung des lokalen Zeit-Temperatur-Umwandlungsverhaltens, wodurch es zu einer Reduzierung der erwarteten Druckeigenspannungen in der Randschicht kommen kann. Bei der Aufkohlung im Niederdruck treten keine Randoxidation und keine Entkohlung auf. Die theoretische Dauerfestigkeit im Niederdruck aufgekohlter Proben ist daher er-heblich höher als die im Gas aufgekohlter Proben. Im Niederdruckaufkohlungsprozess werden jedoch andere beeinflussende Effekte, wie Manganeffusion, thermisches Ätzen und Carbidbildung, in der Randschicht beobachtet. Diese Arbeit gibt einen Überblick über die verschiedenen Randschichteinflüsse und wie sich diese auf die Dauerfestigkeit auswirken. Weiterhin wird über Möglichkeiten berichtet, diese Randschichtbeeinflussungen zu reduzieren.

Kurzfassung Nichtrostende austenitische Stähle wie X40CrMnN18-18 mit ≈ 0,6 Masse-% Stickstoff erreichen eine hohe Streckgrenze und Kaltverfestigung, neigen aber in dickeren Bauteilen zu unerwünschten Karbid- oder Nitridausscheidungen beim Abschrecken von Lösungsglühtemperatur. Durch Berechnung eines optimalen Verhältnisses (C/N) op gelingt es, das Phasenfeld des homogenen Austenits zu tieferer Temperatur T op zu erweitern, wodurch die Ausscheidung in einen kälteren Bereich verschoben und damit verzögert wird. Durch Zusatz von Kupfer steigt T op deutlich an, während Molybdän diese Temperatur kaum beeinflusst. Seinem Gehalt sind aber Grenzen durch die Stabilisierung der σ-Phase gesetzt. Von 0,85 Masse-% (C+N) bis 1,07 Masse-% (C+N) nimmt die 0,2 % Dehngrenze von 561 MPa auf 604 MPa zu und die wahre Bruchspannung von 2020 MPa auf 2545 MPa bei einer Bruchdehnung von 67% bis 74%. Die Berechnung der Konstitution legt nahe, wegen möglicher Ausscheidungen beim Abschrecken den (C+N)-Gehalt und damit die erzielbare Festigkeit zu senken, wenn die Bauteildicke steigt.

Kurzfassung An nitrierten, carburierten und nitrocarburierten Proben der Stähle X5CrNi18-10, X2CrNiMoN17-12-2 und X2CrNiMoN22-5-3 wurden elektrochemische Untersuchungen zum Einfluss der Behandlungsbedingungen auf das Korrosionsverhalten durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass in 0,05 M H 2 SO 4 aufgenommene Stromdichte-Potenzial-Kurven außerordentlich sensibel auf eine Chromverarmung der Matrix durch die beginnende Ausscheidung von Chromnitriden an Korngrenzen reagieren. Die Korrosionsstromdichten im gesamten Bereich der Stromdichte-Potenzial-Kurve erhöhen sich deutlich. Ein daraus abgeleitetes Kriterium für den Beginn des Zerfalls des expandierten Austenits ermöglicht eine Beschreibung seiner Stabilität in Abhängigkeit von der Behandlungstemperatur und -zeit. Die ermittelten Zusammenhänge bestätigten in erster Näherung ein von Bell [1] für den X2CrNiMoN17-12-2 mitgeteiltes isothermes Stabilitätsdiagramm. Der expandierte Kohlenstoffaustenit γ C zeichnet sich gegenüber dem expandierten Stickstoffaustenit γ N durch eine höhere thermische Stabilität aus. Kontrollierte Schichtabträge ermöglichten eine Prüfung der Änderung des Korrosionsverhaltens der Randschicht mit wachsendem Oberflächenabstand.

Kurzfassung Bekannt gewordene Projekte zur Simulation der Wärmebehandlung beschäftigen sich vorrangig mit der Vorhersage von Maß- und Formänderungen an Proben und einfachen Bauteilen. Diese Arbeiten sind in der Regel sehr aufwändig und komplex und können deshalb im industriellen Alltag kaum durchgeführt werden. Die ZF Friedrichshafen AG hat mit eigenen Arbeiten zur Simulation der Wärmebehandlung begonnen und sich zunächst auf die Vorhersage der Kernhärte von einsatzgehärteten Getriebebauteilen konzentriert. Diese Aufgabenstellung ist im Vergleich zur Berechnung des Verzuges deutlich einfacher zu bewältigen, liefert aber zuverlässigere Ergebnisse und bringt für die Auslegung von Bauteilen hinsichtlich Geometrie, Werkstoff und Wärmebehandlung einen großen Nutzen. Berichtet wird über die Anwendungsentwicklung zur Bestimmung von ZTU-Schaubildern für ZF-Einsatzstähle und zur Ermittlung der Abschreckcharakteristik von hier verwendeten Abschreckölen. Vergleiche von Rechnung und Messung der Härteverläufe an unterschiedlichen Bauteilen zeigen die gute Qualität der Vorhersage. Typische Fragestellungen in der Planungsphase von Neuteilen werden aufgeworfen und die Antworten darauf beispielhaft mittels der Simulation mit Nachweis im Experiment gegeben.

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.