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Auswirkungen des mikrobiellen Befalls von wassergemischten Kühlschmierstoffen auf das Zerspanergebnis (Teil 2)
Authors: Koch T.
Published: December 2013

Kurzfassung

Der Einsatz von Kühlschmierstoffen ist in der spanenden Fertigung der Metall verarbeitenden Industrie gängige Praxis. Sie vermeiden ein Überhitzen von Werkstück und Werkzeug, reduzieren die Reibung und befördern den Spantransport. Wassergemischte Kühlschmierstoffe unterliegen in der Anwendung einer mikrobiellen Besiedlung. Das Wachstum von Mikroorganismen, hierzu zählen Bakterien, Pilze und Hefen, führt zu technischen und hygienischen Schwierigkeiten. Mikroorganismen finden gute Wachstumsbedingungen in wassergemischten Kühlschmierstoffen vor. Nahezu alle Inhaltsstoffe können den Mikroorganismen als Nahrungs- und Energiequelle dienen. Die mikrobielle Verwertung führt zu deutlichen Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Kühlschmierstoffe. Technische und chemische Eigenschaften des Kühlschmierstoffs werden verändert, z.B. der pH-Wert oder die Korrosionsschutzeigenschaften. Dadurch entstehen Probleme im Bezug auf die technische Leistungsfähigkeit wie beispielsweise ein stärkerer Verschleiß der Werkzeuge oder ungenau gefertigte Werkstücke. Der Verschleiß der Kühlschmierstoffe geht einher mit einem erhöhten Verbrauch an Grundstoffen und steigenden Abfallmengen. Die Stiftung Institut für Werkstofftechnik IWT führte in Kooperation mit der Universität Bremen Langzeituntersuchungen durch, welche die mikrobiellen Einflüsse detaillierter beschreiben und die mikrobielle Besiedlungsstrukturen in Kühlschmierstoffen dokumentieren. Die Veröffentlichung basiert auf Teilen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die IGF finanzierten Forschungsvorhabens 14056 N/1 der Universität Bremen, Fachbereich 04, Fachgebiet Fertigungsverfahren, unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. E. Brinksmeier, sowie der amtlichen Materialprüfungsanstalt MPA, Geschäftsbereich der Stiftung Institut für Werkstofftechnik IWT, unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch. Die hier vorgestellten mikrobiologischen Analysen wurden freundlicher- und dankenswerterweise von Dr. rer. nat. A. Rabenstein durchgeführt. Das Forschungsvorhaben wird in einer Veröffentlichungsfolge von insgesamt drei Beiträgen in der HTM vorgestellt.
Randschichtvergüten von Zahnwellen mittels Wasser-Luft-Sprühkühlung
Authors: Krause Chr. , Hassel T. , Frolov I. , Gretzki T. , Kästner M. , Seewig J. , Bormann D. , Bach Fr.-W.
Published: December 2013

Kurzfassung

Durch den Einsatz der integrierten Wärmebehandlung aus der Schmiedewärme wird eine signifikante Verkürzung der Prozesskette zur Herstellung präzisionsgeschmiedeter Bauteile bei deutlichen Zeit- und Energieersparnissen erreicht. Mit Hilfe einer Wasser-Luft-Sprühkühlung kann eine Randschichtvergütung durchgeführt werden, ohne dabei das Bauteil erneut nach dem Abschrecken zu erwärmen. In dieser Arbeit wurden Modellgeometrien und Zahnwellen (1.7225) mit einem eigens dafür konstruierten rotierenden Sprühfeld randschichtvergütet. Die erreichte Härte und das Gefüge wurde untersucht. Bei beiden Bauteilen, der Zahnwelle und der Modellgeometrie, konnte mit diesem Verfahren eine erfolgreiche Randschichtvergütung durchgeführt werden. Diese Arbeit zeigt erste Ergebnisse, die weiterhin in Dauerfestigkeitsprüfungen bestätigt werden müssen.
Wärmebehandlung hochfester, nichtrostender Austenite*
Authors: Riedner S. , Berns H.
Published: December 2013

Kurzfassung

Bei Werkzeugstählen mit hohem Kohlenstoffgehalt liegt während des Austenitisierens, bedingt durch Carbide, in der Regel nicht mehr als ca. 0,6 Masse-% Kohlenstoff gelöst in der Matrix vor. In neu entwickelten, hochfesten, nichtrostenden CrMnCN-Austeniten sind dagegen trotz 18 Masse-% Chrom ca. 1 Masse-% Kohlenstoff + Stickstoff ausscheidungsfrei im Gitter gelöst. Neue Fragestellungen für die Wärmebehandlung ergeben sich aus der Kombination (C+N) statt C oder N sowie der großen Menge gelöster interstitieller Atome. Untersucht werden die Lösungsglühtemperatur, der Einfluss der Ofenatmosphäre sowie das Abschreckverhalten der neuen Stähle. Mit wachsendem (C+N)-Gehalt steigt die Lösungsglühtemperatur an. Es werden unterschiedliche Randzonenbeeinflussungen durch das Lösungsglühen in Luft, 1 bar Stickstoff oder Vakuum festgestellt. Durch die Lage der Ausscheidungsgebiete ist die t10/7-Zeit für diese neuen Stähle von größerer Bedeutung als die t8/5-Zeit. Die Untersuchung des Abschreckverhaltens offenbart die Notwendigkeit kurzer t10/7-Zeiten.
Bauteilreinigung vor/nach der Wärmebehandlung*
Authors: Haase B.
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Bauteilreinigung ist ein Verfahren der Fertigungslinie, bei dem Verunreinigungen, Kontamination bzw. Schmutz von den Teileoberflächen entfernt werden. Die Notwendigkeit beruht auf Anforderungen an die Oberflächenqualität, damit nachgeschaltete Bearbeitungsverfahren funktionieren, oder besteht wegen der Funktionalität des technischen Bauteils. Im folgenden Text wird eingegangen auf Herkunft und Zusammensetzung von Verunreinigungen, auf die Verfahrenstechnik von Reinigungsanlagen und die Wirkmechanismen der unterschiedlichen Reinigungsmittel. Schließlich werden Verfahren zur Bewertung des Reinigungsergebnisses bzw. -erfolgs diskutiert.
Simulation der Pyrolyse- und der Oberflächenreaktionen von Ethin beim Niederdruckaufkohlen von Stahl*
Authors: Buchholz D. , Khan R. U. , Graf F. , Bajohr S. , Reimert R.
Published: December 2013

Kurzfassung

Die bei der Niederdruckaufkohlung von Stahl im Ofenraum und an der Stahloberfläche ablaufenden Pyrolyse- und Aufkohlungsvorgänge sind bisher nur zum Teil verstanden. Am Engler-Bunte-Institut wird vor allem unter dem Gesichtspunkt der Minimierung der Aufbauproduktbildung und des Verständnisses der Entstehung höherer Kohlenwasserstoffe die Aufkohlung mit verschiedenen kurzkettigen Kohlenwasserstoffen untersucht. Im vorliegenden Artikel wird die Modellierung der Pyrolyse- und der Oberflächenreaktionen von Ethin unter den Bedingungen des Niederdruckaufkohlens von Stahl vorgestellt. Mit einem formalkinetischen Modell zur Beschreibung der homogenen Ethinpyrolyse können die in verschiedenen Laborapparaturen untersuchten Pyrolysereaktionen über einen weiten Versuchsparameterbereich und unter Bedingungen nahe denen industrieller Anlagen zuverlässig beschrieben werden. Durch Einführung einer zusätzlichen Oberflächenreaktion wurde ein Aufkohlungsmodell formuliert, welches die Gasphasenzusammensetzungen auch während des instationären Aufkohlungsvorgangs beschreiben kann.
Laserstrahlhärten – Integration in die Fertigung ermöglicht schlanke Prozesse*
Authors: Bonß S.
Published: December 2013

Kurzfassung

Das Laserstrahlhärten hat sich als Verfahren zum Härten lokal beanspruchter Bauteile durch die Verfügbarkeit von Hochleistungsdiodenlasern und einer Reihe von systemtechnischen Entwicklungen der letzten Jahre als Ergänzung zu klassischen Härteverfahren etabliert. Besonders der Formen- und Werkzeugbau, aber auch die Automobilindustrie setzen zunehmend häufiger dieses Verfahren ein. Durch Integration des Laserstrahlhärteverfahrens in die Prozesskette können Produktionskosten gesenkt und Fertigungsabläufe zeitlich gestrafft werden. Nach einer Vorstellung der technischen Möglichkeiten des Laserstrahlhärtens und der inzwischen verfügbaren Systemtechnik werden mögliche Varianten der Integration vorgestellt.
Compound layer formation on iron-based alloys upon nitriding; phase constitution and pore formation
Authors: Hosmani S. S. , Schacherl R. E. , Mittemeijer E. J.
Published: December 2013

The microstructural development associated with the formation of the compound (so-called “white”) layer on the surface of ferritic iron and iron-based alloys by nitriding has been presented in a comparative way on the basis of results obtained in the recent past by nitriding model systems. A tentative explanation of the strikingly different layer-growth mechanisms for iron and iron-based alloys has been offered. Attention has been paid in particular to (i) the possible occurrence in the compound layer of “mixed” iron-based nitrides, with the alloying element Me with affinity for nitrogen (e.g. Me = Cr, Al, V) dissolved substitutionally on the iron sublattice of the nitride, and to (ii) the various operative mechanisms for pore formation in the compound layer.
HIP und Wärmebehandlung von Aluminiumguss – Zwei Prozesse werden neu kombiniert*
Authors: Graf W.
Published: December 2013

Kurzfassung

Die HIP-Behandlung von Aluminiumguss beseitigt Restporosität und wird daher auch als Nachverdichten bezeichnet. Der Densal®-Prozess ist eine neue HIP-Variante, die sich durch hohe Effizienz und geringen Kostenaufwand auszeichnet. In der Praxis schließt sich häufig eine separate Wärmebehandlung an, um den Werkstoffzustand endgültig festzulegen. In der vorliegenden Laboruntersuchung wird gezeigt, dass die Lebensdauer bei der Ermüdungsprüfung durchschnittlich um den Faktor 10 gegenüber nicht nachverdichteten, jedoch wärmebehandelten Gussproben steigt. Eine weitere Verbesserung lässt sich durch prozesstechnisches Verknüpfen beider Verfahren erreichen. Der integrierte neue Prozess heißt T6 Densal®. Er erzeugt Gussteile gleicher oder besserer Qualität als der serielle Prozess [Densal + T6]. Seine Gesamtprozessdauer ist gegenüber dem seriellen Prozess um mindestens 30% kürzer und daher deutlich kostengünstiger.
Neuere Entwicklungstendenzen beim Gas-Nitrocarburieren durch Verwendung von Kohlenwasserstoffen*
Authors: Joritz D. , Edenhofer B. , Lerche W.
Published: December 2013

Kurzfassung

Industrielle Gas-Nitrocarburieranlagen benutzen in der Regel zusätzlich zum Ammoniak (NH3) entweder Kohlendioxid (CO2) oder Endogas als Kohlenstoff spendendes Medium.Beide Prozesse (sowohl das Gas-Nitrocarburieren mit Kohlendioxid als auch das Verfahren mit Endogas) weisen spezielle Eigenschaften auf und erzeugen dadurch leicht unterschiedliche Verbindungsschicht-Strukturen.

Der Nitrocarburierprozess unter Verwendung von Kohlendioxid (CO2) bewirkt ein schnelleres Wachstum der Verbindungsschicht und somit eine dickere, porenreichere Struktur. Im Gegensatz dazu erzeugt der Gas-Nitrocarburier-Prozess unter Einsatz von Endogas eine Verbindungsschicht, die reicher an Kohlenstoff ist und dadurch einen höheren Anteil an ε-Nitriden (Fe2-3N) aufweist.

Eine neuere Variante des Gas-Nitrocarburierens benutzt Kohlenwasserstoffe (hier besonders Propan (C3H8) oder Erdgas/Methan (CH4)) als Kohlenstoffspender, die das Kohlendioxid entweder komplett ersetzen oder diesem hinzugefügt werden. Diese neue Verfahrensvariante, die sowohl in ein- als auch in zweistufigen Prozessen durchgeführt werden kann, verbindet die Vorteile der beschleunigten Stickstoffübertragungsrate des Kohlendioxid-Prozesses mit der höheren Kohlenstoffübertragungsrate des Endogas-Prozesses. Das Ergebnis ist ein schnelleres Verbindungsschichtwachstum bei gleichzeitig höherem Kohlenstoff- und somit größerem ε-Nitrid-Anteil. Die so erzeugten Schichten zeichnen sich durch einen deutlich verbesserten Verschleißwiderstand der behandelten Bauteile aus. Zusätzlich wird durch diese neue Verfahrensvariante die Produktivität der Ofenanlage erhöht.
Wärmebehandlungs-Simulation bei ZF – Anwendungsentwicklung und Vorhersage der Kernhärte an Bauteilen**
Authors: Kleff J. , Hock St. , Wiedmann D.
Published: December 2013

Kurzfassung

Bekannt gewordene Projekte zur Simulation der Wärmebehandlung beschäftigen sich vorrangig mit der Vorhersage von Maß- und Formänderungen an Proben und einfachen Bauteilen. Diese Arbeiten sind in der Regel sehr aufwändig und komplex und können deshalb im industriellen Alltag kaum durchgeführt werden. Die ZF Friedrichshafen AG hat mit eigenen Arbeiten zur Simulation der Wärmebehandlung begonnen und sich zunächst auf die Vorhersage der Kernhärte von einsatzgehärteten Getriebebauteilen konzentriert. Diese Aufgabenstellung ist im Vergleich zur Berechnung des Verzuges deutlich einfacher zu bewältigen, liefert aber zuverlässigere Ergebnisse und bringt für die Auslegung von Bauteilen hinsichtlich Geometrie, Werkstoff und Wärmebehandlung einen großen Nutzen.

Berichtet wird über die Anwendungsentwicklung zur Bestimmung von ZTU-Schaubildern für ZF-Einsatzstähle und zur Ermittlung der Abschreckcharakteristik von hier verwendeten Abschreckölen. Vergleiche von Rechnung und Messung der Härteverläufe an unterschiedlichen Bauteilen zeigen die gute Qualität der Vorhersage. Typische Fragestellungen in der Planungsphase von Neuteilen werden aufgeworfen und die Antworten darauf beispielhaft mittels der Simulation mit Nachweis im Experiment gegeben.
Einfluss des Anlassens auf Eigenschaften einsatzgehärteter Bauteile
Authors: Dressel K. , Grosch J.
Published: December 2013

Kurzfassung

An gehärteten und an angelassenen Proben aus den Einsatzstählen 16MnCr5 und 17CrNiMo6 wurden das Schwingfestigkeitsverhalten bei Umlaufbiegung, das Bruchverhalten im Biegeversuch mit langsamer und mit schlagartiger Laststeigerung und das Schleifverhalten untersucht. Anlassen verbessert erwartungsgemäß die Duktilität des einsatzgehärteten Randgefüges und die Zähigkeit des Verbunds aus hartem Randgefüge und weicherem Kerngefüge. Das Zeitfestigkeitsverhalten der angelassenen Gefüge ist bei beiden Werkstoffen gravierend schlechter als das Zeitfestigkeitsverhalten der gehärteten Gefüge. Anlassen verschlechtert ebenfalls die Dauerfestigkeitswerte gegenüber den gehärteten Gefüge, ausgenommen die P = 5%-Werte des Stahls 17CrNiMo6. Die Ergebnisse bestätigen den Kenntnisstand, dass bei gleichen Schleifbedingungen (und harten Gefügezuständen) angelassene Gefüge besser schleifbar sind als gehärtete Gefüge.
Vorhersage der Randzoneneigenschaften hart gedrehter Stähle
Authors: Denkena B. , de Leon L. , Müller C. , Dyogtyev O.
Published: December 2013

Kurzfassung

Neben dem Schleifen hat sich das Hartdrehen in der industriellen Praxis als Feinbearbeitungsverfahren etabliert. Vorteil des Hartdrehens gegenüber dem Schleifen ist eine größere Flexibilität, die sich oft positiv auf Durchlaufzeiten und Kosten auswirkt. Bei Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Funktionsflächen wird aufgrund des dominanten Einflusses des Werkzeugverschleißes auf die Randzone beim Hartdrehen jedoch häufig das Verfahren Schleifen verwendet, weil keine umfassenden Erkenntnisse über die Mechanismen der Randzonenbeeinflussung beim Hartdrehen vorliegen.

In diesem Artikel werden Untersuchungen zum Einfluss der Stellgrößen Schnittgeschwindigkeit und Vorschub sowie des Werkzeugverschleißes auf Kräfte, Spanbildung und Randzone durchgeführt. Der Einfluss der Stellgrößen auf die Prozess- und Ausgangsgrößen beim Hartdrehen wird mit Hilfe eines Finite-Elemente-Modells abgebildet und experimentell validiert.
Bending fatigue of gear teeth of conventional and isotropic steels
Authors: Temmel C. , Karlsson B. , Leicht V.
Published: December 2013

The bending fatigue strength of case hardened pulsator test gear wheels has been investigated for wheels in V2158 (20MnCrS5) and fatigue isotropic 158Q (≈ 20NiMo10) steels. The gear wheels in V2158 were forged either vertically or horizontally, the wheels in 158Q just vertically. Structural anisotropy levels were investigated in the horizontally forged V2158 gears. There was no noteworthy level of bending fatigue anisotropy to detect in the V2158 gears. However, the horizontally forged gears performed some 4% better than the vertically forged ones which may be explained by a somewhat more beneficial orientation and dispersion of sulfide inclusions in the horizontal gears. The fatigue isotropic 158Q steel is, in case-hardened components, obviously not required for isotropy reasons but highly appreciated for its outstanding fatigue performance. With identical heat treatment and surface condition, gears in 158Q outperform V2158 gears by some 23% in bending fatigue strength. This is explained by the material's resistance against internal surface oxidation and, to some extend, by its low inclusion content.
Hochleistungsschichten für die spanende Fertigung*
Authors: Kohlscheen J. , Schunk U.
Published: December 2013

Kurzfassung

Früswerkzeuge aus Hartmetall und Schnellarbeitsstahl werden heute meist mit einer TiAlN-Hartstoffbeschichtung zum Zwecke der Standzeiterhühung eingesetzt. Dies ermüglicht hühere Schnittgeschwindigkeiten als beispielsweise mit konventionellem Titannitrid (TiN) aufgrund der hüheren Oxidationsbestündigkeit und Schichthürte. Jedoch steigen die Anforderungen in der Fertigung stündig (z. B. durch Trockenbearbeitung). Daher werden kontinuierlich neue Hochleistungsschichten entwickelt. In diesem Beitrag werden Bearbeitungsversuche von weichen und gehürteten Werkstoffen mit verschiedenen Werkzeugen vorgestellt. Als zu zerspanende Werkstoffe kamen hüherlegierte Werkstoffe wie 40CrMnNiMo8-6-4 (vergüteter Formstahl) und X6CrNiMoTi17-12-2 (rostbestündiger Stahl) zum Einsatz, die hohe Anforderungen an die Werkzeuge stellen. Durch neu entwickelte Hartstoff-Schichten kann prinzipiell eine Standzeiterhühung der Werkzeuge erreicht werden. Es wird jedoch auch gezeigt, dass die etablierten TiAlN-Schichten in vielen Füllen nach wie vor gut geeignet sind.
Expertensystem Nitrocarburieren – Teil 1
Authors: Klümper-Westkamp H. , Hoja S. , Deutsch F. , Zoch H.-W.
Published: December 2013

Kurzfassung

Durch die Variation der Nitrocarburierparameter sind die Eigenschaften von nitrocarburierten Bauteilen, insbesondere im Hinblick auf Verschleiß, in weiten Bereichen veränderbar. Aber auch der Werkstoff und der Vorwärmebehandlungszustand haben einen Einfluss auf das Nitrocarburierergebnis. Um Nitrocarburierschichten reproduzierbar an den verschiedenen Bauteilen in den unterschiedlichsten Öfen zu erzeugen, ist sowohl eine geeignete Mess- und Regelungstechnik als auch eine Wissens- und Datenbank, wann welche Randschicht mit welcher Eigenschaft entsteht, notwendig.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau einer solchen Datenbank. Durch sensorgeregelte Nitrier- und Nitrocarburierprozesse wurde das Dreistoffsystem Fe-N-C im Temperaturbereich des Nitrocarburierens an fünf Stählen experimentell untersucht. Die erhaltenen Daten bilden die Grundlage für das Expertensystem Nitrocarburieren.
Legierungsentwicklung zur Verschleißreduzierung von Schmiedegesenken – Einfluss von Mangan auf die Absenkung der Ac1b-Temperatur
Authors: Pfahl A. , Puchert A. , Behrens B.-A. , Bach F.-W.
Published: December 2013

For a long time the research and development of tools and tool systems for forging applications play an important role in the field of production technologies. Due to the fact that wear processes are the most common cause for the failure of forging dies, the main goal of the presented work is to achieve a wear reduction and thereby an enhanced durability of these dies by a new alloy concept. Attention was paid to the influence of an increased manganese content on the reduction of the eutectoid-temperature (Ac1b-temperature). In this way, it was possible to take a positive influence on the changes in the microstructure of the edge layer caused by the cyclic heating and cooling during forging. Especially the range of the white layer is enlarged and the influence of the lower layers consisting of cyclic soft-annealed steel is reduced, compared to the standard alloys. This article shows the results for up to 300 forging cycles.
Verringerung der Wandstärkeschwankung bei der Drehbearbeitung ringförmiger Werkstücke
Authors: Grote C. , Brinksmeier E. , Garbrecht M.
Published: December 2013

Kurzfassung

Im Rahmen dieses Beitrages wird gezeigt, dass es durch die Drehung eines ringförmigen Werkstücks um 60° (bei Verwendung eines Drei-Backen-Spannfutters) zwischen Innen- und Außendrehbearbeitung möglich ist, mit einfachsten Spannmitteln das Werkstück mit einer nahezu konstanten Wandstärke zu fertigen. Allerdings muss man hierzu die jeweils nach beiden Bearbeitungsschritten resultierenden Rundheiten kennen. Zur Berechnung der Verformung von ringförmigen Werkstücken im eingespannten Zustand sind bereits einige analytische Gleichungen bekannt. Jedoch betrachten diese nur den zweidimensionalen Fall mit einer punktförmigen Spannkrafteinleitung. Auf Basis einer dieser analytischen Gleichungen wird experimentell eine Grundlage zur Berechnung der Rundheit von ringförmigen Werkstücken nach der Drehbearbeitung geschaffen. Bei den Untersuchungen werden die Parameter Spannkraft, bearbeitete Fläche, Werkstückgeometrie und -werkstoff variiert, um deren Einfluss auf die resultierende Rundheit zu charakterisieren.
CARBOJET®1 – Nutzung kostenloser Entspannungsenergie zum Umwälzen von Ofenatmosphären∗
Authors: Waning G. , Mahlo T. , Waldmann K.
Published: December 2013

Kurzfassung

Im Bereich der Schutzgaswärmebehandlung werden Öfen sowohl mit Ventilatoren als auch ohne Umwälzung der Atmosphäre betrieben. Für die meisten hier stattfindenden thermochemischen Prozessabläufe ist ein guter Gasaustausch in unmittelbarer Nähe der Bauteiloberfläche notwendig. CARBOJET® ist ein CFD optimiertes Hochgeschwindigkeitsgaseindüsungssystem, womit dieser Stoffaustausch ohne zusätzlichen Energieaufwand oder umfangreiche Anlagenumbauten bewerkstelligt werden kann. Zum Teil kann die von Linde Gas zum Patent angemeldete Technologie vorhandene Ventilatoren ersetzen. Stickstoff ist in den meisten Wärmebehandlungsbetrieben bereits mit ausreichend hohem Druck vorhanden. Dieser Druck wird mit den speziell konstruierten Düsen im Ofen zur Erzeugung einer starken Zirkulation eingesetzt. Am Beispiel von Topfofen, Drehrohrofen und Rollenherddurchlaufofen werden die ermittelten Erfahrungen und Ergebnisse für unterschiedliche Wärmebehandlungsprozesse beschrieben; zugehörige CFD-Berechnungen werden diskutiert. Die Einführung dieser neuartigen Verfahrenstechnologie wurde praxisnah direkt an vorhandenen Produktionsanlagen seit dem Jahre 2002 kontinuierlich vorangetrieben und parallel mittels der CFD-Berechnungsmethode optimiert.
Prozessmöglichkeiten zur gezielten Einstellung des Gasabschreckens*
Authors: Schmidt R. R. , Fritsching U. , Lübben Th.
Published: December 2013

Kurzfassung

Das Abschrecken von Bauteilen mit Gasen hat gegenüber der Abschreckung in flüssigen Medien wesentliche Vorteile, wie z.B. ein reduziertes Sicherheitsrisiko, eine höhere Umweltverträglichkeit, die Möglichkeit einer direkten Beeinflussung des Härteergebnisses und einen stabileren Abkühlverlauf, was insgesamt zu einem sichereren und einem besser beherrschbaren Abschreckprozess führt.

In diesem Beitrag werden prozesstechnische Varianten des Gasabschreckprozesses vorgestellt, um gezielt das Ergebnis der Hochdruckgasabschreckung beeinflussen zu können. Zum einen werden strömungsbeeinflussende Einbauten in der Abschreckvorrichtung diskutiert, die die Möglichkeit bieten, lokal an den abzuschreckenden Bauteilen den Wärmeübergang zu steuern. Zum anderen wird eine Methode präsentiert, um werkstoffabhängige Abschreckergebnisse beim Hochdruckgasabschrecken vorherzusagen, um so den Abschreckprozess gezielt an die jeweilige Werkstoffzusammensetzung anpassen zu können. Hierbei wird auf wiederholte Abkühlmessungen in den Anlagen und chemische Analysen des verwendeten Stahls verzichtet. Mit Hilfe von zu ermittelnden Korrelationsdiagrammen können geeignete Prozessparameter, insbesondere die Gasart, der Systemdruck und der Volumenstrom, anhand der Härteforderungen gezielt angepasst und eingestellt werden. Auf diese Weise wird die Energieeffizienz des Gasabschreckprozesses weiter erhöht.
Richten wärmebehandelter Bauteile*
Authors: Mitze M.
Published: December 2013

Kurzfassung

Richten ist auf den ersten Blick nicht wertschöpfend. So wird häufig erst einmal versucht, den Härteverzug durch Optimierung der Wärmebehandlungsverfahren zu verringern und entweder ganz ohne einen Richtvorgang die Zeichnungstoleranzen zu erreichen oder mit einfachen Hilfsmitteln zum Ziel zu kommen. Die Praxis zeigt, dass dies nur in Ausnahmefällen dauerhaft gelingt. Zudem gibt es darüber hinaus gewichtige Argumente, die für eine Investition in eine Richtanlage sprechen: Durch die deutlich geringere Restkrümmung können häufig Schleifaufmaße vermindert werden, auch bleibt bei oberflächenharten Teilen die Härteschicht gleichmäßig erhalten. Das Messen und Richten in einer Aufspannung garantiert günstige Taktzeiten und eine gleichmäßige, dokumentierte Qualität. Serienmäßig hergestellte Richtmaschinen sind heute für ein breites Spektrum von Aufgabenbereichen verfügbar, mit Prozesskräften zwischen 20 kN und 20000 kN eignen sie sich für Werkstücke mit Längen von etwa 30 mm bis 30000 mm und Querschnitten von 2 mm bis 500 mm. In diesem Beitrag werden der Richtprozess und die eingesetzten Anlagen detailliert vorgestellt.
Das kontinuierliche Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramm einer Aluminiumlegierung EN AW-6005A*
Authors: Milkereit B. , Jonas L. , Schick C. , Keßler O.
Published: December 2013

Kurzfassung

Der Einfluss der Abschreckgeschwindigkeit auf das Ausscheidungsverhalten von Aluminiumlegierungen wird, in Anlehnung an ZTU-Diagramme von Stählen, in kontinuierlichen Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagrammen dargestellt. Solche Diagramme sind bisher kaum verfügbar, können jetzt aber mit Hilfe der Differential Scanning Calorimetry (DSC) erfasst werden. Wird eine Charge der Aluminiumlegierung EN AW-6005A in einem Kühlgeschwindigkeitsbereich von 0,1–30 K/min von Lösungsglühbedingungen in einem DSC abgekühlt, sind in den Abkühlkurven zwei exotherme Ausscheidungsreaktionen zu erkennen, eine Hoch- sowie eine Niedertemperaturreaktion. Um Aufschluss darüber zu erhalten, welche Phasen dabei ausgeschieden werden, wurden umfangreiche Gefügeanalysen mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie, energiedispersiver Röntgen-Mikroanalyse (EDX), Röntgendiffraktometrie (XRD) und Elektronen-Rückstreubeugung (EBSD) sowie Härteprüfungen an unterschiedlich abgekühlten Proben durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass bei der Hochtemperaturreaktion Mg2Si ausgeschieden wird. Die Keimbildung der Mg2Si-Partikel erfolgt überwiegend heterogen an Primärausscheidungen.
Wälzlager aus höher legierten Stählen
Authors: Trojahn W.
Published: December 2013

Kurzfassung

In vielen Anwendungen werden Lager so beansprucht, dass der klassische Wälzlagerstahl 100Cr6 die Anforderungen nicht mehr dauerhaft erfüllen kann. Der Beitrag gibt Anwendungsbeispiele für die Verwendung höher legierter Wälzlagerstähle, insbesondere für das Auftreten hoher Betriebstemperaturen und Korrosion. Aber auch in klassischen Anwendungen kann die Verwendung der höher legierten Stähle sinnvoll sein, z.B. um eine Lagerstelle kleiner ausführen zu können oder die Lagerreibung über den Wegfall einer Dichtung deutlich zu verringern.
Korrosionsbeständige Metall-Matrix-Composite
Authors: Siebert S. , Theisen W. , Hill H.
Published: December 2013

Kurzfassung

Metall-Matrix-Composite (MMC) auf Eisenbasis verlangen nach speziellen Legierungskonzepten, um eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit zu erhalten. MMC auf Nickel- oder Cobaltbasis hingegen besitzen von Hause aus eine gute Beständigkeit gegen Korrosion. Als Nachteil dieser MMC steht dem gegenüber, dass die Festigkeit der Metallmatrix allein durch die Mischkristallbildung begrenzt gesteigert werden kann. Deutlich höher fällt die Festigkeitssteigerung bei einer martensitischen Härtung aus, die in Eisenbasismatrixlegierungen genutzt werden kann.

Die unterschiedlichen Legierungskonzepte zur Verbesserung des Korrosionswiderstandes von MMC auf Eisenbasis sowie deren Wirksamkeit und Grenzen sollen in dieser Veröffentlichung erläutert werden. Dabei liegt ein Augenmerk auf der Auswahl der Hartphasen, deren Aufgabe im Wesentlichen darin besteht, den Verschleißwiderstand anzuheben, jedoch darf ihr Einfluss auf die ablaufenden Korrosionsvorgänge nicht unberücksichtigt bleiben.
Influence of the chemical potential of carbon on the microstructural and compositional evolution of the compound layer developing upon nitrocarburizing of α-iron*
Authors: Woehrle T. , Leineweber A. , Mittemeijer E. J.
Published: December 2013

Controlled nitrocarburizing experiments were performed at 823 K and 853 K in order to systematically investigate the influence of the chemical potentials of carbon and nitrogen imposed by NH3/H2/CO/CO2/H2O-containing gas mixtures on the microstructural and compositional evolution of the compound layer formed on pure α-Fe substrates. The morphological evolution of the compound layer was investigated by optical microscopy. The nitrogen and carbon concentration-depth profiles in the layer were determined by electron-probe microanalysis (EPMA). Layer-growth kinetics was analysed on the basis of compound layer-thickness measurements. For a fixed chemical potential of nitrogen it was found that the microstructure and the layer-growth kinetics are strongly dependent on the chemical potential of carbon.
Nitriding response of ferritic Fe-Ti-Cr alloys*
Authors: Jung K. S. , Schacherl R. E. , Bischoff E. , Mittemeijer E. J.
Published: December 2013

Specimens of ferritic iron-based Fe-Ti-Cr alloys, containing a total of 0.30 at.% alloying elements, Ti and Cr with varying Ti/Cr atomic ratio (0.45, 0.87 and 1.90), were nitrided in a NH3/H2 gas atmosphere at 580 °C. The microstructure of the nitrided zone was investigated by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). Nitride platelets (length ≤ 30 nm and thickness ≤ 1 nm) developed in the nitrided zone. Particularly clear for the larger Ti/Cr atomic ratios, a tetragonally distorted ferrite develops next to the cubic ferrite, as evidenced both by XRD and TEM. The absence of separate TiN and CrN diffraction spots in the selected area electron diffraction patterns suggests the development of mixed TixCr1-xN nitride precipitates. The mixed TixCr1-xN nitride precipitates are of rock-salt crystal structure type and obey a Bain orientation relationship with the ferrite matrix.
Ermüdungsfestigkeit hochlegierter Werkzeugstähle
Authors: Jung I.
Published: December 2013

Kurzfassung

Die meisten Werkzeuge unterliegen im Einsatz einer komplexen mechanischen Beanspruchung, wie z. B. Schneidstempel, die häufig einer zyklischen schwellenden Zug-,Druck- und Biegebeanspruchung ausgesetzt sind. Da in den letzten Jahren der Wettbewerbsdruck durch zunehmende Billigproduktionen in Niedriglohnländern steigt, ist sowohl im Werkzeugbau als auch in der in Deutschland verbleibenden Produktion ein zunehmender Trend zu qualitativ hochwertigen Werkzeugen mit möglichst langer Lebensdauer und entsprechend hoher Anzahl an Arbeitszyklen zu verzeichnen. Damit gewinnt die Ermüdungs- bzw. Dauerfestigkeit von Werkzeugstählen zunehmend an Bedeutung. Dies gilt vor allem für hochlegierte Werkzeugstähle, die in der Regel mit einer hohen Härte eingesetzt werden und bei denen für eine optimale Leistung ein Kompromiss zwischen Festigkeit und Zähigkeit getroffen werden muss, der auch weitgehend Einfluss auf die Ermüdungsfestigkeit nimmt.

Im Folgenden wird daher ein Überblick über die Ermüdungsfestigkeit hochlegierter Werkzeugstähle gegeben. Daneben werden Methoden vorgestellt, die Ermüdungsfestigkeit positiv zu beeinflussen. Neben geeigneten konstruktiven Maßnahmen, wie z. B. das Anbringen möglichst großer Radien und möglichst fehlerfreier Oberflächen zur Verringerung der Kerbwirkung, kommen Maßnahmen zur Erhöhung der Homogenität und des Reinheitsgrades bei der Erschmelzung der Stähle wie ESU (Elektroschlackeumschmelz)-Verfahren oder PM (pulvermetallurgische) Fertigung zum Einsatz.
Analyse des Faserverlaufes zur Herstellung verzugsarmer Lagerringe aus 100Cr6
Authors: Grohmann O. , Herr C. , Rentsch R. , Brinksmeier E.
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Umformbedingungen bei der Herstellung von Schmiedeteilen und die daraus resultierenden Faserverläufe im Inneren der Bauteile spielen eine entscheidende Rolle für den Bauteilverzug und sollten schon bei ihrer Auslegung berücksichtigt werden. Dabei ist die Simulation von Umformvorgängen ein geeignetes Mittel, um den Stofffluss und die Formgebung vorherzusagen und durch eine Veränderung der Werkzeuge innerhalb der Simulation entsprechend anzupassen. Im Rahmen dieses Beitrages werden die Randbedingungen für eine Beeinflussung des Faserverlaufes über eine Ist-Analyse der bestehenden Fertigung aufgezeigt und erste Ansätze in der Simulation umgesetzt. Ziel ist es, den Faserverlauf mit Hilfe von FE-Modellen dem Bauteil anzupassen und so eine Reduzierung des Verzuges und eine Erhöhung der Lebensdauer zu bewirken. Dazu werden die Umformwerkzeuge entsprechend optimiert und die Faserverläufe miteinander verglichen.
Eigenspannungen in Werkzeugen und Bauteilen bei thermo-mechanisch gekoppelten Umformprozessen*
Authors: Grüning A. , Lebsanft M. , Scholtes B.
Published: December 2013

Kurzfassung

Bei der Herstellung funktional gradierter Bauteile durch thermo-mechanisch gekoppelte Umformprozesse für den Einsatz in der Massenproduktion spielen Eigenspannungen eine groβe Rolle. Sie sind eine unvermeidbare Folge inhomogener wechselnder thermischer und mechanischer Belastungen, die während des Umformungsprozesses sowohl im Werkzeug als auch im Bauteil auftreten und in hohem Maβe von den Prozessparametern abhängen. Aufgrund ihres Einflusses auf die Belastbarkeit der produzierten Komponenten besteht ein groβes Interesse an verlässlichen Informationen über die grundlegenden Prozesse, die zu ihrer Entstehung und Verteilung führen. Diese Arbeit soll einen Überblick über die Entstehung von Eigenspannungen in Werkzeugen (X38CrMoV5-1), die zur thermo-mechanisch gekoppelten Umformung von zylindrischen Flanschwellen (51CrV4) eingesetzt werden, geben. Die Belastung des Werkzeugs wurde durch thermische Erm—dungsversuche simuliert, aus denen Informationen über das zyklische Spannung-Dehnung-Verhalten während des Umformprozesses gewonnen wurden. Des Weiteren wird der Eigenspannungszustand der erzeugten Flanschwelle gezeigt und diskutiert. Auβerdem wird auf die Herausforderungen zur Vermeidung von Zugeigenspannungen bei spanender Bearbeitung gradierter Strukturen eingegangen. Diese lassen sich durch entsprechende Anpassung der Schnittparameter vermeiden.
Wärmearmes Fügen von segmentierten Werkzeugen mit Hilfe der Klebetechnik*
Authors: Wirts-Rütters M. , Schneider B. , Denkena B. , Konopatzki B. , Wloka R.
Published: December 2013

Kurzfassung

Für das Auftrennen von Natursteinblöcken durch Trennschleifen mittels kreisförmiger Trennscheiben werden Grundkörper aus Stahl (Stammblatt) verwendet, an deren Umfang gesinterte Schleifsegmente aufgelötet oder lasergeschweiβt werden. Von diesen Fügeverfahren gehen eine Reihe nachteiliger Auswirkungen durch erhöhte Prozesstemperaturen aus. Das Kleben als wärmearmes Fügeverfahren umgeht diese Nachteile durch eine weitaus geringere Fügetemperatur. Für eine anforderungsgerechte Klebefuge wurde eine Geometrieoptimierung durchgeführt. Zudem wurde ein Instandsetzungsmodul zur teilautomatisierten Bestückung bzw. Reparatur von Stammblättern entwickelt und gebaut. Die so hergestellten geklebten Blätter bzw. Bauteilproben wurden in realen Trennversuchen bzw. in verschiedenen quasistatischen und dynamischen Messreihen auf ihre Festigkeitskennwerte geprüft.
Kopplung von Diffusion und Thermodynamik – am Beispiel des Gasnitrierens
Authors: Auinger M. , Rohwerder M.
Published: December 2013

Kurzfassung

Aufgrund der hervorragenden Eigenschaften nitrierter Stähle ist der Einsatz dieser Technik von großem Interesse für verschiedenste industrielle Anwendungen. Große Erfolge konnten während der letzten Jahrzehnte auf dem Gebiet der Nitrierhärtung erzielt werden und neben mannigfaltigen Prozessausführungen zählt das Gasnitrieren heute zu den am häufigsten eingesetzten Verfahren für eine breite Palette an Stahlsorten.
Study on nitrogen in martensitic stainless steels
Authors: Krasokha N. , Berns H.
Published: December 2013

Pressure metallurgy is a means of increasing the nitrogen content and thereby the resistance of stainless martensitic steels to pitting corrosion. The present study on their constitution and heat treatment reveals that even at normal pressure more nitrogen is dissolved in the melt if the carbon content increases, because the fraction of ferrite is reduced during solidification. Nitrogen is dissolved more readily during austenitisation than carbon which lowers the C/N ratio at hardening temperature and thus is likely to improve the corrosion resistance of martensite after quenching. As the stability of retained austenite is increased by nitrogen a strain induced transformation by ausforming is discussed.
Integration des Gasabschreckens in das Strangpressen von Aluminiumlegierungen – eine Machbarkeitsstudie*
Authors: Schöne S. , Reich M. , Keßler O.
Published: December 2013

Kurzfassung

Das Strangpressen ist ein wichtiges Formgebungsverfahren für metallische Werkstoffe. Die aushärtbaren Aluminium-Knetlegierungen EN AW-6082 und EN AW-7020 besitzen im erwärmten Zustand die für das Strangpressen notwendigen Verformungseigenschaften. Die Festigkeit der Legierungen lässt sich durch das Ausscheidungshärten, bestehend aus den Teilschritten Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern, verbessern. Gelingt es, das Lösungsglühen in den Strangpressprozess zu integrieren, lässt sich so das separate Lösungsglühen einsparen und damit die Prozesskette verkürzen. Beide Legierungen erfordern mittlere bis geringe Abkühlraten, welche bei entsprechendem Profilquerschnitt in einem Gasdüsenfeld erzielt werden können. In dieser Arbeit werden experimentelle Untersuchungen vorgestellt, anhand derer die Möglichkeit beurteilt wurde, Pressstränge aus der Presshitze heraus in einem Düsenfeld abzuschrecken.
Untersuchungen zum Plasmanitrieren von Stählen mit einem Aktivgitter*
Authors: Burlacov I. , Spies H.-J. , Biermann H. , Köhler S. , Börner K.
Published: December 2013

Kurzfassung

Das Plasmanitrieren mit einem Aktivgitter ist ein neuer plasmagestützter Nitrierprozess mit einem hohen Anwendungspotenzial. Obwohl sich das Verfahren im zunehmenden Maβe in der industriellen Praxis bewährt, besteht für seine effektive Nutzung noch ein erheblicher Bedarf an wissenschaftlichen Untersuchungen zur Klärung wesentlicher Wirkungszusammenhänge. Untersuchungen zum Verhalten unterschiedlicher Stähle beim Nitrieren in einer industriellen Anlage in Abhängigkeit von den Behandlungsbedingungen gestatten eine Abschätzung der Möglichkeiten und Grenzen des neuen Verfahrens. Ein Vergleich mit den in einer Laboranlage erzielten Ergebnissen ermöglicht Rückschlüsse auf den Einfluss der Anlagengröβe. Aus der In-situ-Untersuchung der im Plasma vorhandenen Spezies mit Hilfe der Massenspektrometrie ergeben sich Hinweise auf die Mechanismen des Stoffüberganges.
Charakterisierung der Abschreckwirkung einer ultraschallunterstützten Wasserabschreckung von Aluminiumzylindern
Authors: Redmann R. , Keßler O.
Published: December 2013

Kurzfassung

Zur Realisierung von im Mittel hohen Abkühlgeschwindigkeiten wird das Abschrecken metallischer Bauteile bei der Wärmebehandlung überwiegend in Flüssigkeitsbädern (Wasser, Ö–l) durchgeführt. Infolge des Leidenfrost-Effektes bildet sich unmittelbar nach dem Eintauchen des heißen Bauteils ein wärmeisolierender Dampffilm, der lokal zu unterschiedlichen Zeitpunkten zusammenbricht. Dies führt zu lokal unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten und damit zu einer unerwünschten Ungleichmäßigkeit der Abschreckung. Daraus resultiert die Gefahr der Verzugsentstehung und der Erzeugung von Eigenspannungen. Eine neuartige Möglichkeit, dem entgegenzuwirken, stellt die Ultraschallunterstützung dar. Der Vergleich der konventionellen mit der ultraschallunterstützten Wasserabschreckung zeigt, dass der Ultraschall in Abhängigkeit der Prozessparameter Wassertemperatur, Größe der schallabgebenden Fläche (Sonotrode) sowie Abstand zwischen Sonotrode und Probe eine signifikante Destabilisierung des Dampffilms und damit Verkürzung sowie potenziell eine Vergleichmäßigung der Abkühldauer bewirkt.
Increase of fatigue strength and lifetime by deep rolling at elevated temperature of notched specimens made of steel SAE 4140
Authors: Cherif A. , Hochbein H. , Zinn W. , Scholtes B.
Published: December 2013

In comparison with traditional room temperature processes, deep rolling at elevated temperature leads to further increased fatigue strengths and lifetimes. This is demonstrated using notched bending fatigue samples made of quenched and tempered steel SAE 4140, which have been processed at room temperature and at 300 °C resp. near surface properties were analyzed before and after fatigue loading. It is shown that the positive effect of warm deep rolling is due to stabilized residual stress states which relax only slightly in the course of fatigue loading. The underlying microstructural processes are static as well as dynamic strain aging effects.
Tool thermal conditions for tailored material properties
Authors: Oldenburg M. , Lindkvist G.
Published: December 2013

With the press hardening technology it is possible to produce components with tailor- made material properties. The present work is based on a comprehensive thermo-mechanical material model for simulation of press hardening and similar processes. The model accounts for and predicts time dependent and time-independent phase transformations, mechanical and thermal properties as well as transformation plasticity during the complete cooling and deformation process from 900 °C to room temperature. The model predicts the microstructure evolution during the complete process as well as the final fractions. The thermal contact properties and the thermal properties in the tools have influence on the final material state. Solutions for tool heating and cooling for manufacturing of components with soft zones are studied. Based on the results from the press hardening simulations, thermal properties of special tool materials are taken into account in order to optimise the manufacturing thermal cycle.
Einfluss von CO und CO2 als Kohlenstoffspender auf den Verbindungsschichtaufbau beim Nitrocarburieren legierter Stähle*
Authors: Dong Juan , Hoffmann Franz , Klümper-Westkamp Heinrich , Zoch Hans-Werner
Published: December 2013

Kurzfassung

Gasnitrocarburieren verbessert Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Bauteilen. Dies basiert in erster Linie auf der Verbindungsschicht, welche aus Carbonitriden besteht. Die Zusammensetzung und die Porosität der Verbindungsschicht sind wesentliche Einflussgrößen der Randeigenschaften. Sie werden durch die Nitrier-, Kohlungs-, und Oxidationskennzahl (KN, KC
B und KO) der Prozessatmosphäre beeinflusst. Im Allgemeinen wird über das Verhältnis Ammoniak (NH3) zu Wasserstoff (H2) die gewünschte Nitrierkennzahl KN eingestellt und über das Verhältnis Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlendioxid (CO2) die Kohlungskennzahl KC
B. Daraus ergibt sich eine Oxidationskennzahl KO als abhängige Größe in der Prozessatmosphäre, da die Kohlenstoffspender CO und CO2 gleichzeitig Sauerstoffspender sind. Zu dem Einfluss von CO und CO2 und ihrem Verhältnis zueinander auf die relevanten Kennzahlen – und damit auf den Verbindungsschichtaufbau – gibt es bisher keine ausreichenden Angaben in der Literatur. Diese Arbeit berichtet über orientierende Untersuchungen dieser Fragestellung. Das Gasnitrocarburieren erfolgte an legierten Stählen (42CrMo4, X40CrMoV5-1, X40Cr14) unter Zusatz von CO bzw. CO2. Die resultierten Kennzahlen (KN, KC
B und. KO) wurden mithilfe von Sauerstoff- und Wasserstoffsensoren ermittelt, die erzeugten Randschichten mittels Lichtmikroskop und GDOES (glow discharge optical emission spectroscopy) charakterisiert. Die Ergebnisse belegen, dass CO2 ein niedrigeres aufkohlendes, aber höheres oxidierendes Potenzial als CO aufweist. Als Folge der unterschiedlichen Potenziale beim Gasnitrocarburieren mit CO oder CO2 werden das Wachstum und die Porosität der Verbindungsschicht stark beeinflusst. Das Ausmaß dieses Einflusses ist zusätzlich von der Zusammensetzung der nitrocarburierten Stähle abhängig. Anhand der Untersuchungsergebnisse werden mögliche Mechanismen der Porenbildung diskutiert.
Elektronenstrahl-Mehrprozesstechnik – Schweißen mit integrierter Wärmebehandlung
Authors: Rüthrich Karsten , Mangler Martina
Published: December 2013

Kurzfassung

Die Kombination von Gießen und Schweißen in Hybridbauweise ist eine Erfolg versprechende Entwicklungsrichtung für viele Applikationen in der Automobilindustrie und im Maschinenbau. Gusseisenwerkstoffe galten als nicht oder nur eingeschränkt schweißbar bzw. erforderten aufwendige zusätzliche technologische Maßnahmen, wie das Vor- und/oder Nachwärmen des gesamten Bauteils oder das Schweißen mit Zusatzstoff. Der Beitrag soll Möglichkeiten zur Minimierung des Fertigungsaufwands durch das Elektronenstrahl-Mehrbad-Schweißen von Gusseisen/Gusseisen- und Gusseisen/Stahl-Mischverbindungen ohne Zusatzstoff vorstellen. Insbesondere das EB-Schweißen mit zusätzlichen Thermofeldern führte zu riss- und porenfreien Schweißnähten mit gleichmäßiger Gefügeausbildung. Des Weiteren konnte dadurch die Aufhärtung in der Schmelz- und Wärmeeinflusszone signifikant reduziert werden.
Lokales Werkstoffengineering zur Modifizierung der Randschichteigenschaften von Aluminiumlegierungen mittels moderner Elektronenstrahl-Ablenktechniken*
Authors: Klemm Marco , Rose Andrea , von Hehl Axel , Haase Ingrid , Zenker Rolf , Franke Rainer , Franke Armin
Published: December 2013

Kurzfassung

In der industriellen Praxis werden für moderne konstruktive Lösungen in beachtlichem Umfang Al-Werkstoffe genutzt. Die Umsetzung neuer Leichtbaulösungen wird jedoch aufgrund der Beanspruchungsbedingungen beschränkt, u. a. bzgl. Reibung/Verschleiß. Es sind Zusatzmaßnahmen zur beanspruchungsgerechten Modifikation der Randschichteigenschaften erforderlich. Als eine aussichtsreiche Methode bietet sich die Elektronenstrahl(EB)-Flüssigphasen-Randschichtbehandlung an, unter Nutzung der Möglichkeiten der hochfrequenten Strahlablenkung für ein lokales Werkstoffengineering. Die Herausforderungen bestehen hier insbesondere darin, schmelzmetallurgische Schichtverbunde mit hoher Qualität bzgl. Poren- und Rissfreiheit u. a. zu erzeugen und einen effizienten Verfahrensablauf zu garantieren. Am Beispiel industriell relevanter Al-Werkstoffe wurden EB-Flüssigphasenprozesse ohne und mit Verwendung von Zusatzstoffen untersucht. Die Resultate zeigen, dass sich mittels moderner EB-Mehrspot/-Mehrprozess-Technologien qualitativ hochwertige Randschichten mit neuartigen Struktur-, Gefüge-, Eigenschaftskomplexen mit Umwandlungstiefen bis 6 mm herstellen lassen. Im Vergleich zu den unbehandelten Werkstoffen können kennzeichnende mechanische Eigenschaften im oberflächennahen Bereich deutlich gesteigert werden. Untersuchungen zum Reibungs- und Verschleißverhalten verdeutlichen eindrucksvoll die Verbesserung der Randschichteigenschaften.
Cold treatment of tool steels
Authors: Stratton P.
Published: December 2013

It has been suggested that when tool steels are exposed to temperatures around the boiling point of liquid nitrogen (−196°C) for extended periods some properties of the steel, particularly wear, are improved. Dissenters claim that the improvements are due to statistical variation and cannot be reproduced consistently. The most commonly reported experimental results are for AISI D2 and AISI M2. This review examines the available evidence and suggests a way forward for the debate. It has also been suggested that the colder the sub-zero treatment temperature after quenching, the greater the amount of the retained austenite that existed at room temperature that is converted to martensite. The implication being that the true martensite finish temperature (Mf) is almost always close to or below absolute zero. Others suggest that Mf is in the range −80 °C to −120 °C for most steels. Some of the available evidence is reviewed particularly with respect to AISI D2 and AISI M2 and the conclusion drawn that transformation continues until all the austenite is eliminated or absolute zero is reached.