Volume 65, Issue 6

Kurzfassung Das thermomechanische Behandlungsverfahren (TMB), welches durch den Verzicht auf eine separate Wärmebehandlung hohe Potenziale zur Einsparung von Energie- und Prozesskosten bietet, hat sich im Bereich der Ringherstellung bislang kaum etablieren können. Die Ursache für den geringen Entwicklungsstand lässt sich auf das für das Ringwalzen typische, stark instationäre und damit äußerst komplexe Prozessverhalten zurückführen. Diese Besonderheit bringt selbst moderne, auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) arbeitende Simulatoren an ihre Leistungsgrenzen. Durch die inakzeptabel langen Rechenzeiten scheidet die FEM daher zur Simulation der Gefügeevolution als Grundlage zur Entwicklung thermomechanischer Behandlungsstrategien für den Ringherstellprozess aus. Im Rahmen des vorgestellten Forschungsvorhabens wurde deshalb ein weitestgehend analytisch und somit schnell rechnendes Simulationsmodell entwickelt. Zur globalen Simulationssteuerung wurde ein verbreiteter, kommerzieller Prozesssimulator in die Modellarchitektur eingebunden, zur Berechnung der Temperaturverteilung im Ringquerschnitt ein auf Grundlage der Finite-Differenzen-Methode (FDM) arbeitendes thermisches Teilmodell. Zusätzlich war die Entwicklung der analytisch rechnenden Teilmodelle, wie des mechanischen Modells sowie des Material- und des Gefügemodells, notwendig. Anhand eines Fallbeispiels konnte gezeigt werden, dass sich die lokale Gefügeevolution mit dem gekoppelten Gesamtmodell schnell und mit hinreichender Genauigkeit simulieren lässt. Es ließ sich außerdem veranschaulichen, wie sich mit dem Modell thermomechanische Behandlungsstrategien ableiten lassen.

Kurzfassung Im Rahmen eines Forschungsvorhabens [1] wurde in Zusammenarbeit mit Stahlherstellern und -anwendern die gesamte Prozesskette zur Herstellung von Getriebebauteilen auf ihren Einfluss auf die Feinkornbeständigkeit von drei unterschiedlichen Einsatzstählen untersucht. Einleitend seien hier erste Ergebnisse für einen Einsatzstahl mit einem neuen Legierungskonzept, den 20CrMo5, vorgestellt.

Kurzfassung In den letzten Jahren wurde das “mechanisch induzierte Härten” (MIH) als neues “wärmebehandlungsfreies” Produktionsverfahren zur Herstellung von randschichtverfestigten Stahlbauteilen entwickelt. Die Randschichthärtung wird als mechanisch induzierte martensitische Phasenumwandlung in die Fertigungslinie integriert. Neben der lokalen Härtung von Funktionsflächen eines Bauteils wird auch eine deutliche Verkürzung der Produktionsdauer ermöglicht. Zudem kann durch die Einsparung einer abschließenden Wärmebehandlung der Energieverbrauch und die damit verbundene CO 2 -Emission verringert werden. Voraussetzung für die Durchführung ist ein Werkstoffzustand mit hohem Anteil an metastabilem Austenit, der bei der Halbzeugherstellung eingestellt wird. Untersuchungen an kommerziell erhältlichen Stählen ergaben, dass das Verfahren ein hohes Anwendungspotenzial aufweist. Bei Einsatz einer für diesen Zweck ausgelegten Stahllegierung kann dies weiter gesteigert werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung dieser Stahllegierung, die speziell für die Erzeugung eines metastabil austenitischen Gefüges ausgelegt ist. Die Gefügecharakterisierung der neuen Legierung erfolgte durch OES (Optische Emissionsspektrometrie) und Metallographie, das Umwandlungsverhalten wurde dilatometrisch untersucht. Die unterhalb der Raumtemperatur (RT) liegende Martensitstarttemperatur (M s -Temperatur) wurde durch Dehnungsmessung bei der Tiefkühlung ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass ein vollständig austenitisches Gefüge mit feinen kugelförmigen Carbiden in der Stahllegierung bei RT eingestellt werden kann. Die Stabilität des austenitischen Gefüges kann in großem Umfang variiert werden. Die Eigenschaften der neuen Stahllegierung sind für die Weichbearbeitung und die Randschichthärtung durch mechanisch induzierte Martensitumwandlung geeignet.

Kurzfassung Die Verwendung metastabiler Austenite, welche sich durch rein mechanische Prozesse wie Kugelstrahlen oder Festwalzen prozessintegriert zur Randschichthärtung martensitisch umwandeln lassen, wird von einem fertigungstechnischen Dilemma begleitet. Die geeigneten Gefügezustände müssen stabil genug sein, um in der Weichbearbeitung nicht oder nur geringfügig umzuwandeln, während ein bestimmtes Maß an Instabilität für die anschließende Härtung erforderlich ist. In den hier vorgestellten Arbeiten wird ein neuer Ansatz zur Erweiterung des Stabilitätsspektrums der eingesetzten Werkstoffe präsentiert. Durch Kombination eines mechanischen Prozesses mit einer kryogenen Behandlung kann die Verwendung stabilerer Gefügezustände ermöglicht werden bzw. ein größerer Anteil des Austenits bei gleichbleibender mechanischer Belastung in Martensit umgewandelt werden. Der vorgestellte Hybridprozess führt sowohl zu höheren Einhärtungstiefen als auch zu größeren Maximalhärten.

Kurzfassung Die Umformbedingungen bei der Herstellung von Schmiedeteilen und die daraus resultierenden Faserverläufe im Inneren der Bauteile spielen eine entscheidende Rolle für den Bauteilverzug und sollten schon bei ihrer Auslegung berücksichtigt werden. Dabei ist die Simulation von Umformvorgängen ein geeignetes Mittel, um den Stofffluss und die Formgebung vorherzusagen und durch eine Veränderung der Werkzeuge innerhalb der Simulation entsprechend anzupassen. Im Rahmen dieses Beitrages werden die Randbedingungen für eine Beeinflussung des Faserverlaufes über eine Ist-Analyse der bestehenden Fertigung aufgezeigt und erste Ansätze in der Simulation umgesetzt. Ziel ist es, den Faserverlauf mit Hilfe von FE-Modellen dem Bauteil anzupassen und so eine Reduzierung des Verzuges und eine Erhöhung der Lebensdauer zu bewirken. Dazu werden die Umformwerkzeuge entsprechend optimiert und die Faserverläufe miteinander verglichen.