Volume 69, Issue 6

Kurzfassung Das Presshärten von Stahlblechen zur Fertigung von Karosserieteilen in der Automobilindustrie stellt hohe Anforderungen an die dafür eingesetzten Werkzeuge. Diese werden mechanisch, thermisch und tribologisch belastet, wobei die Standzeit eines Werkzeuges in vielen Fällen durch abrasiven Verschleiß begrenzt wird. Die Taktzeit des Presshärteprozesses und damit dessen Produktivität hängen zudem von der Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Werkzeugwerkstoffe ab, sodass ein Kompromiss zwischen den mechanischen und den thermophysikalischen Eigenschaften zu suchen ist. Industriell etablierte Lösungen für Presshärtewerkzeuge setzen auf hochlegierte Warmarbeitsstähle, von denen sich vor allem der Stahl X38CrMoV5-3 durchgesetzt hat. In diesem Beitrag werden die Auf- und Einhärtung, der abrasive Verschleißwiderstand sowie die Wärmleitfähigkeit zweier neuer Stähle im Vergleich zum X38CrMoV5-3 dargestellt und diskutiert. Es wird gezeigt, dass eine alleinige Auslegung eines Werkzeugstahles auf eine hohe Wärmeleitfähigkeit nicht zielführend ist und dass der Einfluss der Wärmebehandlung sowohl für die mechanischen als auch die thermophysikalischen Eigenschaften berücksichtigt werden muss.

Kurzfassung Für den Bau leichter Fahrzeuge hat sich das Presshärten von Stahlblechen in den vergangenen Jahren hin zu einer wichtigen Fertigungstechnologie entwickelt. Bei dieser Technologie werden Stahlplatinen vor dem Presshärten in langen Durchlauföfen erwärmt. Eine Möglichkeit zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Prozesses sind alternative Methoden zur Erwärmung der Platinen. Ein Ansatz ist die Verkürzung der Erwärmdauern mit Hilfe der Induktionstechnik. Dabei ergeben sich verfahrensbedingt deutliche Unterschiede zur Ofenerwärmung, insbesondere was die erzielbare Temperaturhomogenität betrifft. Im Rahmen dieser Arbeit werden dazu Erwärmversuche mit verschiedenen Induktortypen durchgeführt und miteinander verglichen. Die Vor- und Nachteile der verschiedenen Induktorgeometrien und der entsprechenden Einflussgrößen werden abgeleitet und unter Zuhilfenahme der numerischen Simulation bewertet. Basierend darauf werden mögliche Grenzen der induktiven Erwärmung aufgezeigt.

Kurzfassung Mithilfe des Umformverfahrens Gleitziehbiegen lässt sich eine sehr große Bandbreite von Profilbauteilen mit variablen Querschnitten unter Nutzung einer Umformanlage und eines Werkzeugsatzes herstellen. Eine lokale Wärmebehandlung kann bei gleichbleibendem Bauteilgewicht zu einer partiellen Erhöhung der Festigkeit in den entsprechenden Bauteilbereichen genutzt werden. Im Rahmen dieser Untersuchungen wird die prinzipielle Machbarkeit der Festigkeitssteigerung von Profilen experimentell und numerisch aufgezeigt. Nach der simulationsgestützten Auslegung des Gleitziehbiegeprozesses mit einer integrierten Wärmebehandlung wird die Versuchseinrichtung vorgestellt. Mithilfe der Finite-Element (FE)-Berechnungen des gesamten Verfahrensablaufs konnten Informationen bezüglich der Prozessparameter und geeigneter Erwärm- und Abkühlstrategien geliefert werden. Diese wurden in der Auslegungs- und Konstruktionsphase des Versuchsaufbaus genutzt. Abschließend wurde der numerisch ausgelegte Prozess umgesetzt und so die Ergebnisse der Simulation validiert.

Kurzfassung Eine Prozesskette für die Herstellung von Maschinenbauteilen besteht im Allgemeinen aus mehreren Prozessschritten, wie z. B. Stranggießen, Warmwalzen, Glühen, Richten, Drahtziehen, Richten und Polieren, spanende Bearbeitung, Induktionshärten und Schleifen. Verzug wird häufig nach der finalen Wärmebehandlung beobachtet. Verantwortlich dafür ist nicht nur das Härten, sondern auch die Vorgeschichte der Prozesskette. In der vorliegenden Arbeit wurden einige wesentliche Schritte einer Prozesskette experimentell untersucht und die Eigenspannungsverteilungen als wesentliche Verzugspotenzialträger mit Neutronenstrahlung über den gesamten Querschnitt der Zylinder zerstörungsfrei analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass nach dem Richten der entrollten Drähte unsymmetrische Eigenspannungsverteilungen über den Querschnitt vorliegen. Das Kaltdrahtziehen führt zu hohen Zugeigenspannungen an der Oberfläche in radialer und tangentialer Richtung, während im Kern vor allem Druckeigenspannungen in axialer Richtung vorliegen. Der anschließende Schritt – Schrägwalzen-Richten (SWR) – führt zu einer Reduktion der Eigenspannungen. Das finale induktive Härten verändert die Eigenspannungszustände in Abhängigkeit der Prozessbedingungen wieder sehr stark. Die Einflüsse der untersuchten Prozessschritte auf die Eigenspannungszustände werden schließlich in Verbindung mit den auftretenden Verzügen diskutiert.

The time- and temperature-dependent phase specific stress evolution, the residual stress distribution as well as the resulting microstructure of the heat treatable steel AISI 4140, generated by laser surface hardening was investigated. Using a measuring approach presented in [1] fast in-situ synchrotron X-ray stress analysis with sampling rates up to 10 Hz were carried out during laser surface hardening. Tests were carried out with maximum process temperatures of 850 °C, 1150 °C and 1300 °C. The results show that compressive stresses are induced inside the laser spot during the heating-up step. During the subsequent self-quenching step, these compressive stresses are reduced and tensile stresses develop. As martensite transformation starts, the tendency is reversed again and finally compressive residual stresses are obtained at room temperature. The in-situ stress analyses give a deep insight into the stress evolutions for the three maximum process temperatures. Results also show that, the higher the maximum process temperature, the smaller are the resulting compressive residual stresses.

Rolling contact bearings belong to the most highly-stressed components in mechanical engineering. This demands high quality of the bearing steels, especially high-fatigue strength. Today bearing steels are produced by ingot casting or continuous casting. The premium quality is achieved by refining technologies, e. g. vacuum-arc remelting. In this point spray forming opens up another promising technology. Billets and rings from the bearing steel 100CrMnMoSi8-4-6 (W7) have been spray-formed on a laboratory plant with weight up to 80 kg and were analyzed. The spray-formed materials were hot-worked to round bars and rings. Microstructure, the size and distribution of inclusions and the chemical composition were analyzed. Rolling-contact fatigue tests and rotary-bending tests were performed. The results are compared with standard bearing steels. Core porosity of the spray-formed billets is low but because of increased rim porosity this material must be removed to avoid cracking during hot working. Hot working is required to close inner porosity. Rings could be ring-rolled immediately. The cleanliness is much better than typical for high quality conventional bearing steel of similar composition. Despite low degree of deformation no carbide network and no carbide stringers are visible. In the rolling-fatigue tests spray-formed W7 during hot working reaches similar values as a conventionally variant. Thus, beside reduced size of inclusions the removal of residual porosity is the dominating factor on enhanced fatigue resistance of spray-formed bearing steel.