Volume 69, Issue 4

Kurzfassung Moderne bainitische Langprodukte mit Zugfestigkeiten zwischen 800–1400 MPa bieten neue Eigenschaftsprofile und erlauben die Herstellung von komplexen Bauteilen ohne Schlussvergütung. Wie bei Vergütungsstählen können Verschleiß- und Dauerfestigkeit durch eine nachgelagerte Oberflächenhärtung oder -beschichtung verbessert werden. Am IWT in Bremen wurde das Verhalten der bainitischen Stahlsorten 7MnB8 und 18MnCrSiMoS64 1 beim Nitrieren und Nitrocarburieren systematisch untersucht und mit bekannten (ferritsch-perlitischen) Stählen 44SMn28 2 und 16MnCrS5Pb+HH 3 verglichen. Die Ergebnisse wurden anhand von metallographischen Schliffbildern, Härtemessungen und Elementtiefenprofilen beurteilt. Bei den verwendeten Stählen konnten bei einer Nitrierkennzahl von K N = 2 bar −1/2 und einer Temperatur von 520°C nach 10 h kompakte Verbindungsschichten von ca. 8μm Dicke mit geringem Porenanteil erzeugt werden. Die erzielte Oberflächenhärte lag im Bereich, der auch bei Vergütungsstählen erzielt wird

Kurzfassung Das Verhalten nichtrostender Stähle bei tribologischen Beanspruchungen wird durch die Anreicherung der Randschicht mit Stickstoff und/oder Kohlenstoff erheblich verbessert. Zur Aufrechterhaltung der Korrosionsbeständigkeit muss dabei jedoch die Ausscheidung von Chromnitriden bzw. -carbiden unterdrückt werden. Beim Plasmanitrocarburieren wird durch die Kombination der Wirkung von Stickstoff und Kohlenstoff ein zweilagiger Schichtaufbau bestehend aus äußerem expandierten Stickstoff-Austenit und darunterliegendem expandierten Kohlenstoff-Austenit gebildet. Aufgrund der unterschiedlichen Elemente (Stickstoff/Kohlenstoff) und deren Wirkung unterscheiden sich die Eigenschaften der jeweiligen Schicht stark. In Abhängigkeit der Variation des Kohlenstoffangebots sowie Behandlungstemperatur und -dauer können die resultierenden Schichteigenschaften beanspruchungsgerecht optimiert werden. Ergebnisse von Untersuchungen an austenitischen und austenitisch-ferritischen Stählen zum Einfluss der Prozessparameter auf die Zusammensetzung und die Eigenschaften des expandierten Austenits werden vorgestellt und diskutiert.

Kurzfassung In der “Leittechnologie für Morgen – Ressourceneffiziente Prozesskette für Hochleistungsbauteile” (EcoForge) wird eine verkürzte Schmiedeprozesskette für Hochleistungsbauteile entwickelt, die Energie-Einsparungen von > 30 % ermöglicht. Diese Prozesskette wird für hochfeste duktile bainitische Stähle (HDB) optimiert. Dies geschieht, indem unter direkter Ausnutzung der Schmiedewärme unmittelbar an den Schmiedeprozess eine auf den Stahl zugeschnittene Wärmebehandlung vorgenommen wird. Dabei wird die Gefügeumwandlung im Bauteil durch eine neuartige Hochtemperatur-Wirbelstromtechnik während der Abkühlung ermittelt. Die Messsignale werden online erfasst und stehen zur Steuerung der Temperaturführung im Abkühlpfad zur Verfügung. Noch während der Wärmebehandlung, insbesondere der isothermen Wärmebehandlung im Gebiet des Bainits und in ihrem Anschluss, werden weitere Bearbeitungsschritte wie die Heißzerspanung und die Lauwarmumformung vorgenommen. Die Bearbeitungsschritte finden bei Bauteiltemperaturen von ca. 300–500 °C statt. Diese hohen Temperaturen ermöglichen die Bearbeitung des Zielgefüges bei reduzierten mechanischen Belastungen der Werkzeuge. Die erzeugten Mikrostrukturen werden mittels einer neuentwickelten REM-Bildanalyseroutine quantitativ charakterisiert. Simultan zu den experimentellen Untersuchungen wird die gesamte Prozesskette numerisch abgebildet und die Gefügeevolution der Schmiedebauteile im Prozess simuliert.

Kurzfassung In der Industrie werden für das Härten von metallischen Bauteilen häufig verdampfende Medien verwendet. Ein Hauptgrund sind die, im Vergleich zur Gas- und Salzbadabschreckung, deutlich höheren erzielbaren Abkühlraten. Als problematisch erweisen sich beim Einsatz verdampfender Medien aber oftmals die mit dem Leidenfrost-Phänomen verbundenen drei Abschreckphasen, die zu einem zeitlich wie örtlich stark variierenden Wärmeübergangskoeffizienten und daraus resultierend zu erhöhten Formabweichungen führen können. Hierbei ist insbesondere der Übergang von der Film- zur Kochphase, die sogenannte Wiederbenetzung, als kritisch anzusehen, da er nicht gleichzeitig auf der gesamten Bauteiloberfläche stattfindet. Durch den Einsatz von Hochleistungshärteölen, die eine verkürzte Filmphase aufweisen, kann das Auftreten von Formänderungen zwar reduziert, aber nicht ausgeschlossen werden. Eine Reduzierung der Formänderungen könnte auch dadurch erzielt werden, dass die Wiederbenetzung gleichzeitig auf der gesamten Bauteiloberfläche stattfindet. Wässrige Polymerlösungen könnten hier ein Schritt in die richtige Richtung sein, da die Wiederbenetzung im Vergleich zu reinem Wasser oder Abschreckölen sehr schnell, sozusagen explosionsartig, über die gesamte Bauteiloberfläche erfolgen kann. Zur Überprüfung dieser Ansätze wurden das Verzugsverhalten von dünnwandigen Wälzlagerringen aus 100Cr6 untersucht, die in Polyvinylpyrrolidon (PVP) basierten wässrigen Polymerlösungen, in einem Hochleistungshärteöl und in einem Gasdüsenfeld mit Stickstoff abgeschreckt wurden. Neben dieser Variation der Abschreckmedien wurden auch die Einflüsse durch die Chargierung der Bauteile und die Temperatur des Polymerabschreckmittels analysiert. Anhand der verzugsempfindlichen Wälzlageringe wird gezeigt, dass durch Verwendung bestimmter Parameter die Abschreckung im eingesetzten PVP basierten Polymerabschreckmittel zu vergleichbaren bis besseren Werten hinsichtlich der Formänderungen führen als bei Verwendung von Hochleistungsabschrecköl.

In the industrial manufacturing chain of roller bearings the hot bars are subsequently sheared into billets and these are automatically transported to the first forming stage of the press. Normally the cobalt-based hard-facing alloys for the blades are deposited by manual metal arc or plasma transfer arc welding. In the research work presented here, the hard-facing alloys are produced by spray forming to increase the life time of the tool. Long life time is expected because of the advantages of spray forming: homogeneity of the microstructure, a low segregation and absence of a heat affected welding zone. For this purpose a bi-metal composite is deposited in a co-spray process to combine the hard-facing alloy layer with a hot working steel to insert the blade into a carrier. The interface between the two different materials was analyzed in terms of porosity, hardness, adhesive strength and machinability to describe the new composite material.

Kurzfassung Die häufigsten Gefährdungen und Unfallursachen sind auch an Thermoprozessanlagen mechanische Risiken und Stromschlag. Spezifische Gefährdungen kommen hinzu, weil die meisten beim Betrieb von Thermoprozessanlagen verwendeten Medien zu Explosionen, Eruptionen, Bränden, Verbrennungen, Vergiftungen oder Erstickungen führen können. Die Sicherheit von Thermoprozessanlagen basiert auf den von den Herstellern bei der Konstruktion und Fertigung realisierten technischen Schutzmaßnahmen und der ergänzenden Betriebsanleitung. Der Betreiber muss eine umfeld- und einsatzspezifische Gefährdungsbeurteilung und daraus resultierend Betriebsanweisungen erstellen. Die regelmäßig durchzuführenden präventiven Maßnahmen beinhalten die Wartung, Inspektion (Prüfung auf Wirksamkeit), Instandsetzung und Modernisierung der technischen Schutzeinrichtungen, Qualifikation der Mitarbeiter, Sicherheitsunterweisungen sowie die Bereitstellung der persönlichen Schutzausrüstung. Der oberste Grundsatz dabei ist immer: Der Betrieb der Thermoprozessanlage muss sicher sein!