Volume 64, Issue 1

Kurzfassung Größeneffekte sind nicht proportionale und nicht direkt vorhersagbare Veränderungen von Prozess- und Prozessausgangsgrößen, welche durch proportionale geometrische Veränderungen der Prozessparameter hervorgerufen werden. Um die Größeneffekte bei der Bearbeitung von gehärtetem und ungehärtetem Stahl zu untersuchen, werden die Prozessparameter Spanungsdicke h und Schneidkantenrundung r β beim orthogonalen Einstechdrehen proportional verändert. Die Spanungsdicke und die Schneidkantenverrundung beeinflussen das Verformungsverhalten des Werkstoffs und somit auch die Spanbildung. Es werden unterschiedliche Spanwinkel γ und Schneidkantenrundungen r β in experimentellen Zerspanuntersuchungen eingesetzt, um die Einflüsse zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schneidkantengeometrie den geometrischen und energetischen Verlauf des Zerspanprozesses erheblich beeinflusst.

When considering the entire production process of a component in respect of distortion, we are able to identify several possible sources of distortion originating in the production of steel bars at the mill. Some of these factors will be presented in this paper and more importantly, possibilities of how to reduce distortion will be discussed. The largest influence on distortion potential in the steel mill arises from the effects of cold working during the straightening process which is essential after the hot rolling and heat treatment steps. The potential problems with cold working have increased in the past years in-line with the increased requirement for higher straightness of bar material produced. The higher the straightness requirement, the higher the level of residual stresses resulting from the straightening process. These residual stresses can lead to distortion during the following production steps. To reduce distortion potentials, new possibilities of controlling the hot rolling process and improved / novel heat treatment possibilities will be presented. In addition to the above mentioned points, the possible sources of distortion potential in the steel casting process will be discussed with reference to the production sequence.

Kurzfassung Die Kombination von PVD-Beschichtungen mit einem Randschichthärten (Elektronenstrahl- bzw. Laserstrahlhärten) ermöglicht durch eine signifikante Verbesserung der Stützwirkung des Substrates eine optimale Ausnutzung des Eigenschaftspotenzials der Hartstoffschichten. Es sind Eigenschaftsänderungen möglich, die mit dem jeweiligen Einzelverfahren nicht erreichbar sind. An ausgewählten Stählen (C45, 100Cr6, X153CrMoV12) wird die Wirkung des Elektronenstrahl- bzw. Laserstrahlhärtens in Verbindung mit dem PVD-Hartstoffbeschichten untersucht. Die infolge der Kombinationsbehandlung entstehenden Gefüge- und Eigenschaftsgradienten werden unter Bezugnahme auf werkstoff- und verfahrensspezifische Faktoren (Ausgangsgefügezustand, Behandlungsreihenfolge, Energieübertragungsbedingungen, Prozessmedium usw.) charakterisiert und mit den Einzelbehandlungen verglichen. Potenzielle Anwendungsgebiete für derartige kombinierte Randschichttechnologien sind sowohl lokal stark auf Verschleiß beanspruchte Umformwerkzeuge als auch Bauteile.

Bainitizing is used in today's industry when high toughness of steel components is required in combination with high hardness values. Compared to martensite, the main advantages of bainite are the higher toughness and the high level of compressive stresses on the surface of the components. Additionally, the distortion values after bainitizing are lower in most cases since smaller thermal and phase transformation stresses are generated. Currently applied technology uses a salt bath as quenching medium. The components are held at a temperature between 500 °C and the martensite start temperature. This technology is however often problematic since the salt can be environmentally hazardous, parts need to be washed after quenching and an integration into the production line is often very difficult. Therefore a Dry Bainitizing process (DryBain TM ) was developed. By using this new quenching process, the parts are not quenched in a liquid media but by using a high pressure gas stream. To avoid the formation of perlite the components are quenched rapidly. This is ensured by a high heat transfer coefficient, which is achieved by applying high gas velocities and high gas pressures. Furthermore it must be ensured that no section of the components falls below bainitizing temperature so that no martensite formation takes place. To achieve this, the quench cell is pre-heated before quenching and the temperature of the gas stream is kept at bainitizing temperature during the whole quenching process. The industrial furnace equpiment for the DryBain TM process is presented in this paper and an example of practical application is given.

Kurzfassung Die Neufassung der TA-Luft im Jahr 2002 und die damit verbundene Herabsetzung von Grenzwerten für Emissionen aus Industriebetrieben wirft die Frage auf, inwieweit diese Bestimmungen auch für den Betrieb von Nitrieröfen relevant sind. Hieraus lässt sich notwendigerweise die Fragestellung ableiten, welche Abgastechnologien geeignet sind, den Grenzwert für Ammoniak einzuhalten. Diese Abgase enthalten bis zu 80 Vol.-% Ammoniak und werden üblicherweise in einer offenen Abgasfackel unter Zuführung von Sekundärbrennstoffen wie zum Beispiel Propan verbrannt, wobei neben CO 2 und NO X auch unverbranntes Ammoniak freigesetzt wird. Ziel dieses Beitrags ist die Bewertung von Reinigungsverfahren hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in Nitrieranlagen und, daraus abgeleitet, die Beschreibung einer Vorrichtung zur geregelten Minderung des Ammoniakgehaltes in Nitrierabgasen.

Kurzfassung Die Stördiagnose zur Behebung von auftretenden Bauteilqualitätsproblemen in der Lohn- bzw. Betriebshärterei wird durch entsprechende Fachleute meistens nach festen Vorgehensweisen durchgeführt. Mit dem Ziel, diese Methodik mit ihren sämtlichen Ausprägungen und Abhängigkeiten für den Bereich der Einsatzhärtung zu erfassen, bezüglich ihrer Effizienz zu optimieren und anschließend in einer Software sowohl zeit- als auch ortsunabhängig zur Verfügung zu stellen, wurde ein wissensbasiertes Stördiagnosesystem entwickelt. Die Vorgehensweise zum Aufbau eines derartigen Systems wird in der vorliegenden Arbeit vorgestellt. Weiterhin wird auf die Vorteile einer Einführung in die Serienfertigung eingegangen und ein Ausblick auf zukünftige Potenziale gegeben.

Kurzfassung Einsatzhärten beruht auf der kontrollierten Eindiffusion von Kohlenstoff meist aus regelbaren Kohlenwasserstoffatmosphären in die Randschicht eines Werkstücks und nachfolgendem Härten. Bauteilzuverlässigkeit, Ressourcenschonung und Produktionskosteneffizienz machen hohe Treffsicherheit der Prozesszielgrößen erforderlich. Diese strengen Anforderungen werden nach Stand der Technik in der heutigen Praxis häufig nicht erfüllt, wie das Ergebnis eines Soll-Ist-Vergleichs verdeutlicht. Die Erfolg versprechende Prozessoptimierung des Einsatzhärtens beruht auf einem leistungsfähigen Computersimulationswerkzeug. Unter einer intuitiven mausgesteuerten grafischen Benutzeroberfläche mit Pulldown-Menüs und Dialogfenstern bietet die Windows-Expertensoftware SimCarb höchste Rechengenauigkeit und flexibel definierbare Verfahrensführung. Dank effizient programmierter Algorithmen erfordert die Simulation eines typischen Einsatzhärteprozesses auf einem heutigen Arbeitsplatzcomputer nur etwa eine Minute. Die mathematischen und werkstoffkundlichen Grundlagen werden eingehend dargestellt. Es wird ein implizites finites Differenzenverfahren, das die Crank-Nicolson-Methode auf konzentrationsabhängige Diffusion erweitert, entwickelt und mit dem Newton'schen Iterationsalgorithmus gelöst. Aus den berechneten Kohlenstofftiefenverläufen werden die resultierenden Härteprofile abgeleitet. Die komfortable Bedienung des Programms wird ausführlich beschrieben. Eine Kurzdarstellung der Methode der integralen Prozessoptimierung des Einsatzhärtens verdeutlicht den Bezug zur Anwendung. Hierzu werden auch geeignete Messverfahren zur Bestimmung von Ein- und Ausgabegrößen diskutiert. SimCarb erlaubt die Simulation von beliebig komplexen mehrstufigen und teilweise oder durchgehend kontinuierlich geführten Gasaufkohlungsprozessen. Dies schließt beispielsweise Behandlungsschritte unter Schutzatmosphäre, Pendelglühungen und geregeltes Abkühlen ein. Auch feste oder flüssige Kohlungsmittel können verwendet werden. Als Werkstoffdatenbanken stehen fünf Bibliotheken mit insgesamt 32 Referenzen für den Diffusionskoeffizienten, den Legierungsfaktor und die Härtbarkeit zur Verfügung. Optional weist der Benutzer diese Größen frei zu. Das Online-Bildschirmarbeitsblatt stellt Ein- und Ausgabe mit Auswertungen in Diagrammen und einem Zahlenblock während der laufenden Computersimulation in Echtzeit dar. Die Simulationsbeispiele erläutern das praktische Vorgehen bei Prognose, Kalibrierung mit Ergebniskontrolle, Analyse und Optimierung von Einsatzhärteprozessen sowie für die Strategieentwicklung und Durchführung von Parameter- und Machbarkeitsstudien. Dem industriellen Anwender stehen damit grundlegende Informationen zur Verfügung, die im Versuch nicht oder nur mit großem Aufwand zugänglich sind. Die SKF-Expertensoftware SimCarb kann Rentabilität und Qualität des Einsatzhärtens nachhaltig steigern und stellt ein effizientes Werkzeug der rechnergestützten Wärmebehandlung dar.