Volume 68, Issue 6

Process modifications of the gas quench sequence for low pressure carburized gears can increase the performance of up to 22 %, compared to direct gas quenching. Several test series were made with different interruptions of the gas quenching sequence, near the martensite start temperature M s . The quench interruption resulted in an increase in magnitude of compressive residual stress which was attributed to temperature homogenization and rearrangement of local stresses. The increased fatigue strength was a result of the combination of enhancement of the compressive residual stress state, and of mechanical stabilization of austenite.

Kurzfassung In der Regel werden Wälzlagerstähle martensitisch gehärtet und auf verschiedenen Temperaturstufen angelassen, um bestimmte Eigenschaften wie Festigkeit und Restaustenitgehalt einzustellen. Martensitische Stähle sind durch eine starke Verfestigung (zwangsgelöster Kohlenstoff; feines Gefüge) gekennzeichnet. Allerdings besitzt Martensit ein vergleichsweise geringes plastisches Verformungsvermögen. Als Alternative bietet sich in dieser Werkstoffgruppe auch Bainitisieren an. Für verschiedene Stähle ist der TRIP-Effekt (Transformation Induced Plasticity) ein bereits genutzter Mechanismus zur Festigkeitssteigerung bei ausreichender Duktilität. Diese guten Eigenschaften beruhen hauptsächlich auf der verformungsinduzierten Umwandlung von Austenit in Martensit, die mit einer Volumenvergrößerung verbunden ist. Erste Berichte aus der Literatur zum Verhalten dieser Stähle bei zyklischer Belastung lassen erwarten, dass auch das Ermüdungsverhalten durch den TRIP-Effekt positiv beeinflusst werden kann. In den hochbeanspruchten Bereichen treten in Verbindung mit der Martensitbildung eine starke Verfestigung und hohe Druckeigenspannungen auf, die beide einen zusätzlichen Widerstand gegen die Rissausbreitung darstellen. Ein ausreichender Anteil an metastabilem Restaustenit ist eine notwendige Voraussetzung für die Nutzung des TRIP-Effektes. Deshalb müssen das Legierungskonzept des Stahls und die Wärmebehandlung entsprechend abgestimmt werden. Durch Legieren mit Silizium oder Aluminium wird die Ausscheidung von Carbiden während des Haltens im Temperaturbereich des Martensits bzw. Bainits unterdrückt. Somit wird in dieser Phase der Austenit mit Kohlenstoff angereichert und stabilisiert. Zudem wird durch einen lokal hohen Anteil an Kohlenstoff die Bildung von Martensit bei der Abkühlung auf Raumtemperatur unterdrückt. Damit zählen entsprechend modifizierte Wälzlagerstähle zu möglichen Kandidaten zur Nutzung des TRIP-Effektes.

Kurzfassung Um eine porositätsbedingte Durchkohlung von pulvermetallurgisch erzeugten Bauteilen beim Einsatzhärten zu vermeiden, kann der Wärmebehandlung eine mechanische Oberflächenbehandlung vorangestellt werden. Dabei wird die durchgängig offene Porosität in eine verdichtete, gradiert poröse Randschicht überführt. Als Folge der Prozessverkettung werden sowohl das Kohlenstoffprofil als auch die Umwandlungskinetik durch die in der Randschicht vorliegende Porosität bestimmt. Eine Modellierung der Diffusionskinetik ist mittels effektiver Diffusionskoeffizienten möglich. Die Umwandlungskinetik kann auf Basis eines dichte-, kohlenstoff- und temperaturabhängigen Geschwindigkeitskoeffizienten, der das Ergebnis einer mechanismengetriebenen Modellierung ist, beschrieben werden. Zusammen ermöglichen beide Kinetikmodelle eine Simulation der Gefügeentwicklung beim Einsatzhärten randschichtverdichteter, gradiert poröser Bauteile.

Kurzfassung Die Restaustenit-Analyse mittels Röntgen-Beugungsverfahren wird häufig nach standardisierten Verfahren wie ASTM E975-03 [1] oder SAE-SP-452 [2] durchgeführt. Die Verfahren basieren auf der Analyse der integralen Intensitätsverhältnisse von wenigen Beugungsreflexen für die einzelnen Phasen. Die Anpassung erfolgt modellfrei bezüglich der unterliegenden strukturellen Phasen. Dabei ist die genaue Kenntnis der Mikrostruktureigenschaften (Texturierungen, Eigenspannungszustände), die sich empfindlich auf die Intensitäten der Beugungsreflexe auswirken können, und ein geringer Anteil an weiteren Phasen, beispielsweise Carbiden, eine notwendige Voraussetzung. Dies trifft für technologisch relevante Proben häufig nicht zu. Als Folge sind daher oftmals große Streubreiten der Restaustenitgehalte bei den standardisierten Analysen zu beobachten, siehe z. B. [3]. Im vorliegenden Artikel wird ein Vergleich zwischen dem standardisierten Verfahren und einer Analyse unter Verwendung einer durch Strukturmodelle gestützten Gesamtprofilanpassung für exemplarische Proben mit leichten Vorzugsorientierungen und für den Einsatz von 1-D- und 2-D-Detektoren vorgestellt.

Kurzfassung Der Werkstoff 7CrMoVTiB10-10 (T24) wurde als warmfester Stahl für den Einsatz in der Membranwand neuer Kohlekraftwerke der 600/620°C-Klasse entwickelt. Trotz seiner umfangreichen Qualifizierung kam es zu Schäden bei der Inbetriebnahme durch Spannungsrisskorrosion. Zur Reduzierung der Spannungsrisskorrosionsempfindlichkeit wurden verschiedene Anlassbehandlungen durchgeführt. Grundlegende Untersuchungen sollen nun die Prozesse beleuchten, die bei diesen Glühbehandlungen ablaufen. Für die geplanten Untersuchungen wurde Probenmaterial aus zwei nahtlosen Rohren (aus unterschiedlichen Schmelzen) des Stahls T24 entnommen. In den Proben wurde anhand von Wärmebehandlungen in einem Dilatometer ein Schweißgefüge eingestellt, wie es in der Wärmeeinflusszone (WEZ) der Schweißverbindungen auftritt. An diesem Probenmaterial erfolgten anschließend unterschiedliche Anlassbehandlungen. Die sich einstellenden Gefügeveränderungen wurden in Abhängigkeit von der Erwärmrate bzw. Anlasstemperatur und -dauer durch kalorimetrische und dilatometrische Analysen charakterisiert. Hierzu wurden Proben kontinuierlich in verschiedenen DSC-Geräten und in einem Dilatometer mit Heizraten zwischen 0,02 K/s und 100 K/s erwärmt. Zusätzlich erfolgten isotherme Glühbehandlungen dieser Proben mit Temperaturen zwischen 450 °C und 700 °C im Dilatometer. Die Ergebnisse der Dilatometrie und Kalorimetrie lassen auf mehrere Anlassreaktionen schließen. Die Ergebnisse erlauben eine Zuordnung der beobachteten Reaktionen zu den in der Literatur beschriebenen Anlassstufen und somit eine gezielte Gestaltung der Anlassbehandlung der geschweißten T24-Verbindungen zur Reduzierung ihrer Rissanfälligkeit im laufenden Betrieb.

Kurzfassung Charakteristisch für Warmarbeitswerkzeuge ist eine individuelle werkzeugspezifische Beanspruchung und ein daraus resultierendes breites Spektrum an spezifischen lebensdauerbegrenzenden Schädigungen. Da die Schädigung vor allem auf die oberflächennahen Randbereiche beschränkt ist, eröffnet eine Randschichtbehandlung zahlreiche Möglichkeiten der Verbesserung ihres Gebrauchsverhaltens. Besonders bewährt hat sich eine Nitrierung der Werkzeuge. Für einen Einsatz auf Warmarbeitswerkzeugen sind Nitrierschichten durch ihre hohe Anlassbeständigkeit und Warmfestigkeit hervorragend geeignet. Beispiele veranschaulichen das hohe Potenzial der Nitrierung für die Erhöhung der Standmenge von Werkzeugen für die Warmumformung. Sie dienen der Erläuterung wesentlicher Zusammenhänge zwischen dem Aufbau von Nitrierschichten und dem Gebrauchsverhalten der Werkzeuge.