Volume 72, Issue 5

The beneficial strength properties of bainitic microstructures have been perceived since several years. The transformation kinetics and different morphologies of bainite were analyzed scientifically in depth and with increasing understanding the application of bainite is focus now. But still, bainitic microstructures are mainly utilized with chemically homogeneous steels. An application of bainitic transformed carburized samples is rather rare up to now. Therefore highly stressed geared components today typically are carburized and martensitically hardened. The microstructure in the case is generally composed of martensite with finely dispersed retained austenite and/or carbides. For gear wheel application during the past 50 years research was focused on topics like microstructure optimization within the bounds of martensite with no more than 25 % of retained austenite. For gears only very limited information on heat treatments with bainitic transformation of the case is available. In the USA few suppliers are propagating carbo-austempering heat treatment for case hardening applications [1]. In the literature a combination of carburization and austempering is discussed with only scarce data on material and microstructure performance [2–6]. To close the gap a systematic approach was made in a public funded project, analyzing transformation kinetics, microstructure properties and mechanical performance of two typical case hardening steels in carburized state being bainitic transformed. The heat treatment method using case hardening by carburization and adjacent austempering, the transformation behaviour, microstructure development and mechanical properties will be discussed.

The feasibility of a novel approach of plasma nitrocarburizing with active screen (AS) made of carbon-fiber reinforced carbon (CFC) has been demonstrated in a comparative study of two types of AS material, steel and CFC, under similar process conditions. Besides the excellent thermo-mechanical properties of the CFC material against the conventional steel, an uncontrollable sputter deposition of the steel screen material during the nitriding can be avoided by the use of the CFC material. Furthermore, a solid-carbon-source concept based on the generation of highly reactive precursor gases, in particular of the unsaturated hydrocarbons HCN and C 2 H 2 directly in the process, avoiding external supply of gaseous hydrocarbons, has been realized in the plasma-enhanced thermochemical treatment. The high nitriding effect of the process atmosphere obtained with the CFC AS yielded a significant improvement of nitriding results for different treated steels.

Kurzfassung Zum maß- und formgenauen Abschrecken von verzugsempfindlichen Teilen werden Fixturhärtemaschinen eingesetzt. Die erforderlichen Maße und die notwendigen Formtoleranzen werden durch eine optimierte Umströmung des Bauteils mit dem Kühlmedium und den Einsatz externer Kräfte, die über die Fixtur ins Bauteil eingebracht werden, erreicht. Die Abschreckung wird durch spezielle Abschrecköle realisiert, die zu Kühlgeschwindigkeiten führen, die ausreichend hoch für die angestrebte Härtung sind. Über die Konstruktion und den Einsatz derartiger Maschinen in Kombination mit der Ölabschreckung liegt in der Branche ein großer Erfahrungsschatz hinsichtlich der notwendigen Gestaltungs- und Prozessparameter vor. Selbstverständlich sind auch die Grenzen dieser Prozesse bekannt, sodass entsprechende Anfragen auf einer sicheren ingenieursmäßigen Basis bearbeitet werden können. Unabhängig davon, dass die Ölabschreckung ein anerkannter und bewährter Prozess ist, existiert am Markt eine Nachfrage nach Fixturhärtemaschinen mit alternativen Abschreckmedien. Ein oftmals genannter Grund dafür ist die Einsparung des Waschprozesses. Als Medien kommen bspw. Stickstoff und Luft in Frage, die aber zu geringeren Kühlgeschwindigkeiten führen. Dies hat zur Konsequenz, dass die physikalischen Grenzen für die Erreichung der spezifizierten Kernhärte nicht außer Acht gelassen werden können. Zudem liegen nur wenige Erfahrungen über Gestaltungs- und Prozessparameter vor. In diesem Beitrag wird über die Entwicklung einer Fixturhärtemaschine für die Gasabschreckung berichtet. Zur Erreichung einer optimalen Abschreckwirkung in der Fixtur wurden experimentelle und numerische Untersuchungsmethoden (Computational Fluid Dynamics – CFD) eingesetzt. Den erwähnten physikalischen Grenzen wurde dabei durch die Entwicklung eines Verfahrens zur Abschätzung der Kernhärte an der entsprechenden Bauteilposition Rechnung getragen.

Austempered Ductile Iron (ADI) materials show a good combination of mechanical properties, with high tensile strength levels (800–1600 MPa) and an elongation at fracture of up to 10 %. For that reason ADI is a very attractive material group for applications under cyclic loads. However, the material properties are very sensitive to the applied process conditions during heat treatment. In order to optimize the microstructure in an industrial heat treatment process for ADI castings virtually, several aspects concerning microstructure formation as well as industrial heat treatment process conditions have to be considered in simulation. Coupling process simulation with virtual Design of Experiments offers a new methodology to assess and optimize heat treatment processes.

Kurzfassung Zur Steigerung der Tragfähigkeit verzahnter Getriebebauteile lag in den vergangenen Jahren der Fokus unter anderem auf der Erforschung neuartiger Phasengemische in der Randschicht thermochemisch wärmebehandelter Bauteile. Im Besonderen wurden der gewollt erzeugte Restaustenit sowie dessen Stabilität, welche maßgeblich durch die Prozessführung beeinflusst werden kann, in mehreren Forschungsvorhaben genauer beleuchtet. Aufgrund der durch die Wärmebehandlung ausgelösten Maß- und Formänderungen sowie oftmals vorhandener Randoxidation folgt dem Härten zumeist eine Hartfeinbearbeitung der Verzahnung. Zur Beurteilung der Schleifbarkeit dieser teilweise neuartigen Randschichtgefüge wurden Zahnräder unterschiedlicher Wärmebehandlungsvarianten mit einem Referenzschleifprozess geschliffen und anschließend miteinander verglichen. Hieraus ist die Ableitung von Effekten unterschiedlicher Gefügebestandteile auf die während der Hartfeinbearbeitung auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen sowie damit zumeist einhergehenden Schädigung möglich.

Kurzfassung Kühlschmierstoffe (KSS) sind ein meist unverzichtbarer Bestandteil in der metallbearbeitenden Fertigung. Die chemische Zusammensetzung sowie der Befall durch Mikroorganismen führen jedoch zu Limitationen bei deren Einsatz. Da bestimmte Zellbestandteile von Mikroorganismen Äquivalente zu konventionellen KSS-Bestandteilen darstellen, besteht die Möglichkeit diese gezielt als KSS-Ersatz zu nutzen. Aufgrund des Neuheitsgrades dieses Paradigmenwechsels sind die Wirkmechanismen mikrobiell basierter KSS noch völlig unbekannt. Durch die Kombination aus mikrobiologischen und tribologischen Untersuchungsmethoden konnten diese in den hier vorgestellten Arbeiten aufgedeckt werden. Es zeigte sich, dass ein rein physikalischer Wirkmechanismus für die Schmierfähigkeit inaktivierter Mikroorganismen verantwortlich ist, bei dem die Zellen der Mikroorganismen unbeschadet den Kontakt zwischen den Tribopartnern verhindern. Aus den hier gewonnenen Erkenntnissen ergaben sich zudem neue Ansätze für alternative KSS.

Plasma Transferred Arc Welding (PTAW) process parameters were optimized for joining 316 stainless-steel plates to produce weld joints with maximum tensile strength, impact strength and hardness. Taguchi technique was applied for optimizing the selected welding parameters such as welding current (I), welding voltage (V) and powder feed rate (PFR). L9 orthogonal array was selected according to the aforementioned factors with three levels and experimental tests were performed. Signal-to-noise (SN) ratio was used to evaluate the experimental results. The results indicate that the welding voltage has the greatest infiuence on tensile & impact strength and welding current is the significant factor for hardness.