Volume 67, Issue 3

Straightening of distorted components after heat treatment is often a necessary operation. The straightening operation leads to local plastic deformation, which is affecting the residual stress state, the hardness, and ultimately the fatigue strength of the component. The present study evaluates the influence of a straightening operation on fatigue strength and on the residual stress state of induction hardened shafts of steel EN 42CrMo4. A simplified FEM model was formulated. The model showed that the residual stress state was asymmetric along the circumference of a straightened shaft. Fatigue testing was performed in a three point bending and showed that the fatigue strength was reduced by up to some 20 % by heavy straightening. A fracture mechanics model for fatigue crack growth and arrest was developed. The model could be used to predict the fatigue strength of a straightened shaft provided that the residual stress state was known.

In metastable austenitic stainless steels the formation of high dislocation densities, compressive residual stress states, strain-induced martensite and nanocrystalline regions are the most important consequences of mechanical surface treatments leading to retarded fatigue crack initiation as well as propagation. These properties can be altered in a characteristic way applying different deep rolling temperatures. The main objective of this paper is to clarify the role of the different near surface microstructures introduced by deep rolling operations on the fatigue behaviour of steel AISI 304 especially in the low cycle fatigue region. For this purpose special experimental techniques were applied allowing deep rolling operations in the temperature range between −192 °C and +700 °C. Results clearly show that the amount of strain induced martensite by deep rolling in near surface layers is less important than the stability of the microstructures under fatigue loading.

Massive rings of 18% nickel maraging steel produced using the ring rolling process do not consistently attain high fracture toughness (K Ic ) and tensile ductility values. Due to large section sizes involved, it becomes difficult to suppress precipitation of carbonitride particles and prevent thermal embrittlement. The conventional heat treatment of solutioning at 820 °C followed by aging at 480 °C is not effective in undoing this embrittlement. Different multi-stage solution treatments were designed and tried out to improve the mechanical properties. A two-stage (950 °C + 820 °C)/three-stage (950 °C + 950 °C + 820 °C) solution treatment, depending on the section size, proved to be effective. This treatment leads to recrystallisation of the as-hot-worked microstructure and a fine grain size; it is believed that a delinking of grain boundaries and carbonitrides occurs simultaneously. The observed improvement of fracture toughness and tensile ductility can thus be explained.

Kurzfassung Diese Arbeit zielt auf eine Verbesserung des oxidischen Reinheitsgrades in einem Einsatzstahl durch eine Reduktion des Aluminiumgehalts. Auf Basis des mikrolegierten Stahls 25MoCr4 wird ein neues Legierungskonzept vorgestellt, bei dem die Feinkornbeständigkeit auch für eine Hochtemperatur-Aufkohlung bei 1050 °C und höher mittels eines angepassten Niobgehalts sichergestellt werden kann. Das hier vorgestellte Legierungskonzept ist eine Weiterentwicklung von früheren Untersuchungen aus dem Jahr 2002, bei denen die Feinkornbeständigkeit gegenüber Hochtemperatur-Aufkohlung für eine aluminiumreduzierte Variante noch nicht ausreichend war. Das neue Konzept verwendet moderne thermodynamische Simulationsmethoden, um den korrekten Niobgehalt zur Substitution von Aluminium und Titan vorherzusagen. Die experimentelle Validierung des Konzepts erfolgte anhand einer Laborschmelze gegenüber einem Referenzwerkstoff und untersucht Reinheitsgrad und Feinkornbeständigkeit bei Hochtemperatur-Aufkohlung für industrienahe Prozessketten der Großgetriebeherstellung

Kurzfassung Um den hohen Beanspruchungen bei der Warmmassivumformung zu begegnen, werden die Oberflächen und Randbereiche der eingesetzten Werkzeuge nitriert. Durch das Nitrieren entstehen hohe Druckeigenspannungen in Oberflächennähe. Aber auch die Fertigungsbedingungen führen zu Eigenspannungen im Randbereich, die bei dem warmfesten Stahl X38CrMoV5-3 während des Nitrierens nur teilweise abgebaut werden können. In der vorliegenden Arbeit wurden Eigenspannungen an unterschiedlich gefertigten Proben gemessen, um die sich ergebenen Spannungen aus der Fertigung und der Nitrierbehandlung zu ermitteln. Die fertigungsbedingten Druck- und Zugeigenspannungen werden beim Nitrieren des Warmarbeitsstahls nicht abgebaut. Nach dem Nitrieren wurden Druckeigenspannungen von bis zu −1000 MPa gemessen.

Kurzfassung In der Vergangenheit wurde das Carbonitrieren vornehm­lich zur Verbesserung der Härtbarkeit der Randschicht und zum Minimieren des Verzugs bei niedriglegierten Stählen eingesetzt. In den letzten Jahren hat es sich jedoch Anwendungen erobert, in denen mit definiert eingestelltem Gehalt an stabilem Restaustenit die Lebensdauer tribologisch beanspruchter Bauteile deutlich verlängert werden kann. Um die Vorteile des Carbonitrierens für das Bauteil voll ausschöpfen zu können, ist es notwendig, die bisherige Prozessführung zu verbessern. Mit dem entwickelten Carbonitriersensorsystem ist es möglich, den Prozess des Carbonitrierens sicher und reproduzierbar zu gestalten, sodass definierte Kohlenstoff- und Stickstofftiefenprofile anlagenunabhängig und reproduzierbar eingestellt werden können. Der Kohlenstoffpegel wird hierbei unter Berücksichtigung des aktuellen Kohlenmonoxidgehalts über eine Sauerstoffsonde geregelt und die Regelung des Stickstoffgehaltes erfolgt über den Restammoniakgehalt, gemessen im Abgas.

Kurzfassung Sinterhärten wurde in den letzten Jahren aufgrund der hohen Zeit- und Kosteneffizienz zu einem extrem wichtigen Prozess in der Eisenpulvermetallurgie. Diese Härtemethode ist exklusiv für pulvermetallurgische Teile anwendbar, da direkt nach dem Sintern aus der Sinterhitze abgeschreckt wird. Dies führt zur Einsparung von Energie und Kosten, da bei einer konventionellen Härtung ein zusätzlicher Erwärmschritt auf Härtetemperatur auf über 850°C notwendig ist. Außerdem wird das Sinterhärten normalerweise durch Gasabschreckung anstelle einer Ölabschreckung durchgeführt, die Kühlraten bis zu 4 K/s ermöglicht und vorteilhaft besonders in Bezug auf Maßhaltigkeit und Sauberkeit der Teile ist. Allerdings ist neben diesen Vorteilen auch ein offensichtlicher Nachteil mit dieser Härtemethode verbunden, nämlich die niedrige Zähigkeit der Teile nach der Sinterhärtung. Für einige Anwendungen, wie beispielsweise Synchronnaben in Getrieben, kann das zu erheblichen Problemen führen, schon bei der Montage der Naben auf der Welle. Aus diesem Grund ist eine Erhöhung der Zähigkeit dieser Materialien von großem Interesse. In der vorliegenden Arbeit wurden die Einflussfaktoren auf die Zähigkeit im Hinblick auf ihre Wichtigkeit für den vorlegierten Cr-Mo-Sinterstahl Astaloy CrM (Fe-3%Cr-0,5%Mo-C) untersucht. Diese waren die Sintertemperatur, der Kohlenstoff- und Nickelgehalt, die Partikelgröße der Pulver und die Austenitkorngröße. Mithilfe dieses Wissens ist es möglich, die Zähigkeit des sintergehärteten Astaloy CrM-basierten Stahls signifikant zu verbessern.