Band 68, Heft 1

Kurzfassung Um den hohen Beanspruchungen bei der Warmmassivumformung zu begegnen, werden die Oberflächen und Randbereiche der eingesetzten Werkzeuge nitriert. Neben dem Gasnitrieren werden die Werkzeuge alternativ durch Salzbadnitrocarburieren behandelt. Das Plasmanitrieren wird nur zum geringeren Teil angewendet. Dabei bietet die Behandlung im Plasma einige verfahrensspezifische Vorteile gegenüber dem Gasnitrieren, die auch für die Behandlung von Schmiedegesenken interessant sind. Beispielsweise lassen sich partielle Behandlungen im Plasma einfacher und sauberer durchführen und höher legierte Stähle können problemlos im Plasma nitriert werden, da immer wieder auftretende passivierende Oxidschichten durch ein Reinigungssputtern vor dem Nitrieren entfernt werden. Die Untersuchungen beschäftigen sich mit der Nitrierung der in der Warmmassivumformung häufig eingesetzten Stähle X38CrMoV5-3 und X40CrMoV5-1. Für die Nitrierbehandlung standen eine geregelte Gasnitrieranlage sowie zwei Plasmanitrieranlagen zur Verfügung, sodass nicht nur ein Vergleich der Nitriermedien Gas und Plasma, sondern auch der Plasmanitrierung in unterschiedlichen Anlagen gezogen werden konnte. Eine der Anlagen verfügt außerdem über ein aktives Gitter, daher konnte neben dem konventionellen Plasmanitrieren auch die ASPN-Technik (Active Screen Plasma Nitriding) angewendet werden. Es werden die Vor- und Nachteile der einzelnen Behandlungsmethoden im Hinblick auf die Nitrierung von Schmiedegesenken diskutiert.

Kurzfassung Bisherige Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass durch Stickstoff stabilisierter Restaustenit eine positive Wirkung auf die Dauerfestigkeit hat, insbesondere bei Anteilen von Hertz'scher Pressung im Belastungskollektiv. Das Carbonitrieren wird deshalb in der industriellen Praxis heute wieder häufiger angewandt bzw. gefordert. Die meisten Betriebe werden bei Interesse für dieses Verfahren anstreben, die Behandlungen in vorhandenen Aufkohlungsanlagen durchzuführen. Erfahrungen aus der Praxis zeigen jedoch, dass es mit dem derzeit vorliegenden Kenntnisstand sehr schwer ist, reproduzierbare Ergebnisse einzustellen. Die Erfahrungen deuten darauf hin, dass sich für Carbonitrierbehandlungen in Aufkohlungsanlagen starke Ofenkonditionierungs- und Memory-Effekte ergeben, wobei erhebliche Einflüsse der Ofenbaumaterialien festgestellt werden. In dieser Veröffentlichung werden die Ergebnisse von mit umfassender Analysetechnik begleiteten Langzeitcarbonitrierprozessen zusammengefasst und so die Änderungen in der Atmosphäre in einem ausgemauerten Ofen dargestellt. Aus der ermittelten Gaszusammensetzung werden Kohlenstoff- und Stickstoffpegel berechnet und mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Kurzzeit- und Langzeitkonditioniereffekte werden dadurch sichtbar. Die Versuche zeigen, wie Carbonitrierprozesse hinreichend beschrieben werden können und wie eine Regelung von Carbonitrierprozessen aufgebaut werden kann.

The surface states and thus the functionality of machined workpieces are influenced by parameters of the process and the cutting tool. Depending on these variables different mechanical and thermal loads lead to changing characteristics of components. This paper presents a 2D-FE-cutting simulation model predicting machining induced phase transformations of workpiece surface layers for the steel 42CrMo4 (AISI 4140) considering detailed friction modeling between tool and workpiece, based on tribological experiments. The cutting simulation model was developed using the commercial software ABAQUS. Friction and phase transformations are implemented using specific user subroutines. The model calculates the process of austenization and the transformed volume fraction of the phases ferrite/perlite, bainite and martensite. Additional thermo dynamical simulations of the heat transfer using the code INSFLA are performed. The simulated temperatures, cutting forces and phase transformations are compared to orthogonal cutting experiments.

Of the differences between gas quenching and immersion quenching processes, the major difference is the presence of boiling during the early stages of quenching in oil or water. The formation of a vapor phase has a dramatic effect on both the overall and local rates of heat removal from the parts being quenched, and on part distortion. With the absence of a quenchant phase change, gas quenching is touted to result in uniform heat extraction, thus lessening part distortion. Gas quenching is not without inherent problems. Nonuniform gas flow around a part contributes to distortion, and nonuniform cooling at different locations contributes to the variance of distortion. This paper discusses difficulties associated with gas quenching a thin walled ring gear that is prone to distortion. Heat treat process simulation was used to model the low pressure carburization and high pressure gas quenching of a carburized 5130 steel ring gear. Process variables investigated include fan speed and cooling durations of different quenching stages. The intent is to reduce distortion by controlling the overall gas velocity through adjustment of the fan speed, whereby the local cooling rates can be controlled to better accommodate the dimensional change associated with steel phase transformations during quenching.

To characterize microstructural and properties changes of the air-hardening steel LH800® due to heat treatment various experimental investigations were carried out. Amongst others, the TTA-austenite grain size diagram, the martensite transformation curve and the tempering diagram were determined. Based on the experimental data the coefficients of the Koistinen-Marburger model were calculated. This allows for a mathematical description of the martensite formation during hardening. The obtained data can be used not only to improve the experimental process design but also to provide information to improve existing numerical models.

Kurzfassung Verschleißbeständige Schichten auf Stahl sollten auch korrosionsbeständig sein. Mangelhafte Korrosionsbeständigkeit beruht auf mangelnder chemischer Beständigkeit unter Mitberücksichtigung mechanischer sowie thermischer Beanspruchung im Einsatz. Die chemische Beständigkeit hängt nicht nur von der chemischen Zusammensetzung, sondern auch von der Struktur der verschleißbeständigen Schicht ab, die durch den Herstellungsprozess kontrolliert wird. Wenn allein die chemische Beständigkeit nicht ausreichend ist, erfolgt der Korrosionsangriff gleichmäßig; wenn die Schicht Poren oder Risse aufweist, führt das zu lokalem Korrosionsangriff. Verfahren der Korrosionsprüfung sind meistens nicht zerstörungsfrei, aber zeitaufwendig, denkt man an Methoden wie den Salzsprühtest. Elektrochemische Methoden haben einen geringen Zeitbedarf und können mit nicht-korrosiven Elektrolyten auch zerstörungsfrei sein. Die verschiedenen Methoden lassen Rückschlüsse zu auf die Oxidierbarkeit einer Metalloberfläche (potenziostatische Verfahren wie Bestimmung des Ruhepotenzials oder OCP, open circuit potential) oder auf die Oberflächenwiderstände, die der Ladungsübertragung vom Metall zu Komponenten im korrosiven Medium entgegenstehen (potenziodynamische Verfahren und Elektrochemische Impedanzspektroskopie, EIS). Die letztgenannten Messmethoden werden in Hinsicht auf Anwendung und Aussagefähigkeit verglichen.