Volume 72, Issue 4

Kurzfassung Um den hohen Beanspruchungen bei der Warmmassivumformung zu begegnen, werden die Randbereiche der eingesetzten Werkzeuge nitriert. In vorangegangenen Untersuchungen zu nitrierten Gesenken zeigte sich, dass die Verschleißtiefe an kritischen Stellen deutlich über der Nitrierhärtetiefe lag. Eine Steigerung der Nitrierhärtetiefe ist durch Nitrierdauern von mehreren hundert Stunden in den meisten Fällen jedoch unwirtschaftlich. Eine Möglichkeit, die Randschicht der Werkzeuge mit einem erhöhten Verschleißwiderstand und einer höheren Warmfestigkeit in wirtschaftlichen Zeiten auszustatten, ist das Carbonitrieren, bei dem die Eindiffusion der Elemente Stickstoff und Kohlenstoff bei höheren Temperaturen erfolgt. Das Carbonitrieren wird üblicherweise für Bauteile aus unlegierten und niedriglegierten Stählen mit Kohlenstoffgehalten unter 0,25 % angewendet, um deren Randschichteigenschaften zu verbessern und kostspieligere, höher legierte Werkstoffe zu ersetzen. Bei der Entwicklung des Carbonitrierens für Warmarbeitsstähle sind die Verhältnisse und auch die Zielrichtung grundlegend anders. Durch den hohen Legierungsanteil besteht hier die Möglichkeit, schwerpunktmäßig feinverteilte Sondernitride und Sondercarbonitride der Legierungselemente auszuscheiden, die den Verschleißwiderstand steigern und temperaturstabil sind. Obwohl das Carbonitrieren auch für Warmarbeitsstähle Potenzial zur Verbesserung der Randschichteigenschaften birgt, liegen bisher wenige Untersuchungen mit diesem Fokus vor. In der vorliegenden Arbeit wurden grundlegende experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Carbonitrieren der Warmarbeitsstähle X38CrMoV5-3 und 55NiCrMoV7 durchgeführt, um die Behandlungsparameter zu erarbeiten, die zu verschleißfesten und temperaturstabilen Randschichten mit feinverteilten Ausscheidungen führen.

Kurzfassung Das induktive Anlassen bekommt aufgrund der kurzen Prozesszeiten und der dadurch wirtschaftlicheren Produktionsmöglichkeiten vor allem bei Stabmaterial eine immer größere Bedeutung. Allerdings kommt es durch die schnelle Erwärmung und die kurzen Haltedauern zu einer veränderten Ausscheidungskinetik und dadurch zu einem unterschiedlichen Härte-Anlass-Verhalten gegenüber einer konventionellen Wärmebehandlung. Des Weiteren tritt bei der induktiven Erwärmung das Problem des sogenannten “Skin-Effekts“ auf, welcher bei schlechter Prozesssteuerung zu einer überhöhten Randtemperatur, verglichen mit der im Kern, führt. Diese prozessbedingten Charakteristika erschweren das Verständnis der Auswirkung des Prozesses auf die Mikrostruktur des untersuchten Vergütungsstahles. Diese Arbeit möchte daher mithilfe eines kombinierten Ansatzes aus Experimenten an einer Laborinduktionsanlage und Simulationen mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) die Optimierung bzw. individuelle Feineinstellung von induktiven Anlassvorgängen für Stab-Geometrien aus dem betrachteten Werkstoff aufzeigen. Dazu wurde mittels FEM-Simulationen die zeitliche Entwicklung des Temperaturfeldes im Werkstück berechnet und diese mit experimentellen Resultaten zu Mikrostruktur, Härte und Zähigkeit in Verbindung gebracht.

Rolling element bearings are highly stressed in the contact area. For the design of these bearings both the knowledge of the acting contact stress and material and application specific stress limits are important. Data about stress limits are typically derived from rig testing results. Besides a statistic evaluation of life tests also an X-ray diffraction analysis of tested bearing components is possible. An X-ray analysis enables the detection of structural changes during the overrolling process. This kind of analysis can also be performed on bearings after use in field. A comparison between evaluation results from rig testing and from field experience enables the possibility to check the transferability from rig testing to the use in field. Several fatigue-exposed bearing components coming from different kinds of testing, were evaluated by X-ray diffraction analysis. Also, components from aeroengine bearings after use in field are investigated. All these bearing parts are made from M50, a high-speed steel which is used in critical aeroengine bearing applications. By comparing results from rig testing with results from use in field, it can be demonstrated, that it is possible to transfer findings from rig testing to the use in field.

Kurzfassung Aus wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten kommt dem Thema Leichtbau in der Fahrzeugindustrie in den letzten Jahren eine besondere Bedeutung zu. Dabei werden oftmals konstruktive Lösungen verfolgt, um dieses Ziel erfolgreich umzusetzen. Allerdings müssen Aspekte einer fertigungsgerechten Auslegung der Bauteile, insbesondere im Antriebsstrang, entlang der gesamten Prozesskette berücksichtigt werden, um infolge der abschließenden Wärmebehandlung gravierende Verzugsprobleme zu vermeiden. Im Moment liegen allerdings noch keine Konstruktionsrichtlinien vor, die den Einfluss von konstruktiven Änderungen auf das Maß- und Formänderungsverhalten von Zahnrädern berücksichtigen. Daher wurde in einem Forschungsprojekt das Verzugsverhalten von Zahnradgrundkörpern auf der Basis von experimentellen und numerischen Studien analysiert. Zentrale Aspekte der Untersuchungen waren der Einfluss der Bauteilgröße sowie weitere konstruktive Details hinsichtlich der Wahl der Abmessungen bzw. gestalterische Anforderungen. Im ersten Teil der Veröffentlichung wurden die experimentellen Ergebnisse des Verzugsverhaltens von Zahnradgrundkörpern für das Einsatzhärten mittels Gasaufkohlung und Ölabschreckung detailliert vorgestellt. Die Ergebnisse der numerischen Untersuchungen folgen im jetzigen zweiten Teil dieses Berichts.

Kurzfassung Die Beeinflussung der Randzoneneigenschaften hochbelasteter Bauteile durch eine gezielte Auslegung des Endbearbeitungsprozesses ist vielfach Gegenstand von Forschung und Entwicklung. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der durch den Schleifprozess eingebrachten Oberflächentopografie von Getriebesynchronisierungen auf deren tribologische Eigenschaften untersucht. Synchronisationen führen im Schaltgetriebe bei einem Gangwechsel eine Drehzahlanpassung zwischen der Motorwelle und dem ausgewähltem Gangrad durch. Zentrale Anforderungen daran sind eine kurze Einlaufphase sowie ein möglichst konstanter Reibwert für den restlichen Einsatzzeitraum. Ergebnisse aus durchgeführten Schaltversuchen zeigen, dass die Oberflächentopografie der Synchronkonen einen Einfluss auf deren tribologisches Einlaufverhalten hat. Konen mit einer höheren Oberflächenrauheit wiesen die kürzeste Einlaufphase auf. Auch die Oberflächentopografie nach dem Einlauf sowie das Verschleißverhalten der Synchronisation im Betrieb hängen von der Topografie der ursprünglichen Oberfläche ab. Ein Einfluss der Oberflächenrauheit auf die Höhe des sich einstellenden stationären Reibwerts konnte dagegen nicht belegt werden.