Volume 69, Issue 5

Kurzfassung Kurzzeitverfahren zur Bewertung von Ermüdungseigenschaften metallischer Werkstoffe sind von großem wissenschaftlichem und wirtschaftlichem Interesse. Eine typische Fragestellung sind Wärmebehandlungsprozesse, bei denen eine große Variantenvielfalt auftritt und die Einflüsse individueller Prozessparameter zu bewerten sind. Mit PHYBAL CHT , das auf einer zyklischen Härteprüfung beruht, wird am Lehrstuhl für Werkstoffkunde der TU Kaiserslautern ein solches Kurzzeitverfahren entwickelt. Mit PHYBAL CHT kann der Proben- und Versuchsaufwand zur Ermittlung von Ermüdungseigenschaften metallischer Werkstoffe gegenüber konventionellen Verfahren erheblich reduziert werden. Aus Kraft-Eindringtiefen-Hysteresen wird eine plastische Eindringtiefenamplitude h a,p analog zur plastischen Dehnungsamplitude ermittelt und als Funktion der Zyklenzahl N aufgetragen. Dieser Messwertverlauf ist für jeden Werkstoff und Werkstoffzustand charakteristisch. Die mit PHYBAL CHT ermittelten Kennwerte zeigen eine sehr gute Korrelation mit dem zyklischen Verfestigungsverhalten der untersuchten Stähle.

Kurzfassung Die Kenntnis der Messunsicherheit verbessert die Aussagekraft von Einsatzhärtungstiefe-Messungen. Ausgehend von der Definition in der DIN EN ISO 2639:2002 [1] wird unter Anwendung des „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement“ [2] die Messunsicherheit abgeschätzt. Dazu werden die Einflüsse der Härteprüfung, der Positionierung der Prüfpunkte und der Probe berücksichtigt. Das Verfahren wird an zwei Beispielen angewendet: Zunächst werden die gemäß Norm zulässigen Toleranzen vollständig ausgenutzt, anschließend die Unsicherheit eines automatisierten Härteprüfers experimentell ermittelt. In beiden Fällen dominiert der Probeneinfluss das Ergebnis.

Powder metallurgical steel grades offer higher quality and performance compared to cast and forged steel grades due to their finer microstructure without segregations or textures. Because high-alloyed, cold work tool steels cannot be compacted by solid-state sintering, hot isostatic pressing is state of the art. This process, however, is comparatively expensive and there is thus a high demand for alternative densification processes. Supersolidus liquid-phase sintering represents an alternative to hot isostatic pressing for densification of these steels to theoretical density. During sintering, the steel powder interacts with the sintering atmosphere, which can be a vacuum, hydrogen, hydrogen plus nitrogen, or nitrogen. In a nitrogen atmosphere, there may be nitrogen uptake by the sintered material, which changes the chemical composition of the steel and thus results in a decrease in the sintering temperature. The aim of this work is to investigate the influence of nitrogen uptake on the hardenability of a high-alloyed and supersolidus-sintered cold work tool steel. Computational thermodynamics using the Calphad method were applied to calculate the optimal parameters for direct quenching from the sintering temperature. In addition, the tempering response was investigated as a function of the heat-treatment parameters. It was found that nitriding exerts a significant influence on the hardenability, which is also dependent on the cooling rate from the sintering temperature to the quenching temperature. Hardenability was predicted qualitatively on the basis of equilibrium carbon concentrations of the austenitic matrix calculated with the Calphad method.

Kurzfassung Das Laserstrahlbeschichten wird als Reparaturverfahren von Bauteilen und zur Auftragung von Funktionsschichten eingesetzt. Über die Ermüdungseigenschaften laserstrahlbeschichteter Bauteile existieren jedoch nur wenige Untersuchungen. Aus diesem Grund wird in dieser Veröffentlichung das Ermüdungsverhalten von Vierpunktbiegeproben aus dem Vergütungsstahl 42CrMo4 und dem austenitischen Stahl X5CrNi18-10 untersucht, die mit der Kobalt-Chrom-Legierung Stellite 21 laserstrahlbeschichtet wurden. Hierbei zeigte sich, dass der Kernwerkstoff einen entscheidenden Einfluss auf die Wechselfestigkeit der Proben hat. Die Proben aus X5CrNi18-10 erreichten mehr als die doppelte Wechselfestigkeit der Proben aus 42CrMo4, was auf unterschiedliche Eigenspannungszustände in der Beschichtung zurückgeführt wird. Bei den Proben aus 42CrMo4 zeigten thermische Nachbehandlungsverfahren keinen Einfluss auf die Wechselfestigkeit, während sich nach einer mechanischen Nachbehandlung durch Festwalzen die Wechselfestigkeit der Proben um den Faktor zwei steigerte.

Kurzfassung Durch Umformen von Stahl bei niedrigen Temperaturen lassen sich formgenaue Werkstücke ressourcenschonend und wirtschaftlich herstellen. Besonders wenn Bauteile auf einem konstant hohen Qualitätsniveau in großen Stückzahlen benötigt werden, wie beispielsweise im Automobilbau, bieten Kaltmassivumformprozesse häufig die optimale Lösung. Werden im Betrieb besonders hohe Anforderungen an die Festigkeit und Verschleißbeständigkeit gestellt, müssen die Bauteile nach dem Kaltumformprozess wärmebehandelt werden. Neben den gewollten Eigenschaftsänderungen werden durch die Wärmebehandlung auch störende Maß- und Formänderungen verursacht. Die durch den Kaltmassivumformprozess eingebrachten Eigenspannungen tragen oft ein großes Verzugspotenzial bei, da diese während der Wärmebehandlung ausgelöst werden. In diesem Beitrag werden die Maß- und Formänderungen von kaltfließgepressten Wellen aus dem Werkstoff C53G infolge einer induktiven Wärmebehandlung untersucht. Da die Experimente unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung durchgeführt wurden, war es möglich, signifikante Einflussgrößen aus dem Kaltmassivumformprozess und der induktiven Wärmebehandlung auf den Bauteilverzug zu identifizieren. Darüber hinaus konnten mithilfe von Eigenspannungsmessungen Erklärungsansätze für Formänderungsunterschiede der kaltumgeformten Wellen gewonnen werden. Durch einen direkten Vergleich der Maß- und Formänderungen von kaltumgeformten und zerspanten Wellen nach dem gleichen Induktionshärteprozess konnte ein deutlicher Einfluss des Fertigungsverfahrens auf den Verzug aufgezeigt werden.

Kurzfassung Durch die unzähligen unterschiedlichen Bauteile und Chargen ergeben sich für den Wärmebehandlungsprozess ebenfalls verschiedene Anforderungen bezüglich einer gleichmäßigen, aber auch schnellen Kühlung. Der Einkammer-Vakuumhärteofen mit rechteckigem Heizkammeraufbau und großflächiger Kühlgas-Durchströmung ist nach wie vor für viele Standardchargen, aber auch für speziellere Anforderungen zu empfehlen. Ein Einkammer-Vakuumhärteofen mit rundem Heizkammeraufbau und dem neuen Düsenkühlungs-System RD PLUS kann hingegen Vorteile durch höhere Kühlleistung bei Härteprozessen von größeren Bauteilen bieten.

In this study the Fe 43.2 Co 28.8 B 19.2 Si 4.8 Nb 4 (at.%) alloy was processed by spray forming in an industrial facility with the aim of investigating the formation of amorphous phases. The thicker layers (5–15 mm) presented partial/fully crystalline microstructure with onset of crystallization of the amorphous phase at T x = 595 °C. On the other hand, thinner layers (below 2.5 mm) presented fully amorphous structure, and glassy behaviour with glass transition ( T g ) at 555 °C. The thermal stability and the crystallization kinetics of the alloy were studied using the isothermal DSC curves, measured at different heating rates and temperatures. Despite its good glass-forming ability (GFA) and high stability against crystallizations, its incubation time for crystallization is almost zero. In order to rule-out the complete crystallization mechanism, in situ temperature resolved studies using TEM were done. In addition, the amorphous part of the deposit was heat treated at various temperatures/times and the results were compared with the in situ crystallization behavior observed by TEM.