Accessible Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter October 20, 2021

Development of a Prototype Plant for the Heat Treatment of Workpieces with Preferably Bainitic Properties

Entwicklung einer prototypischen Anlage zur Wärmebehandlung von Werkstücken mit vorzugsweise bainitischen Eigenschaften
S. Wagner and T. Streng

Abstract

In vehicle construction, components with high tensile strengths are used, especially in the chassis area. At the same time, these components must have high toughness and be insensitive to cracking. For this purpose, hardened and tempered but also salt-bainitized components are used. The associated usual process chain after steel production consists of forming processes with subsequent cooling of the forging blanks and subsequent heat treatment with renewed heating to set the required material properties. From an energy point of view, heat treatment from the forging heat is desirable, which in addition to shortening the process chain is also associated with a reduction in CO2 emissions.

A prototype system for controlled bainitization has been developed, which implements the heat treatment immediately after hot forming by utilizing the still existing forming temperature. Here, a controlled spray field generates both a quenching and an isothermal holding phase. Various sensors generate input variables to cool the workpieces in a controlled manner. This paper gives an overview of the system technology, realized cooling curves and the resulting hardness.

Kurzfassung

Im Fahrzeugbau werden vor allem im Fahrwerksbereich Bauteile mit hohen Zugfestigkeiten verwendet. Diese müssen gleichzeitig eine hohe Zähigkeit und Rissunempfindlichkeit aufweisen. Dazu werden sowohl gehärtete und vergütete aber auch im Salzbad bainitisierte Komponenten eingesetzt. Die zugehörige übliche Prozesskette nach der Stahlherstellung besteht aus Umformprozessen mit anschließender Abkühlung der Schmiederohlinge und einer nachfolgenden Wärmebehandlung mit erneuter Erwärmung zur Einstellung der geforderten Werkstoffeigenschaften. Aus energetischer Sicht ist eine Wärmebehandlung aus der Schmiedehitze heraus wünschenswert, die zusätzlich zur Verkürzung der Prozesskette auch mit einer Reduktion des CO2-Ausstoßes verbunden ist.

Es wurde eine prototypische Anlage zur geregelten Bainitisierung entwickelt, welche die Wärmebehandlung im unmittelbaren Anschluss an die Warmformgebung unter Ausnutzung der noch vorhandenen Umformtemperatur umsetzt. Hierbei wird durch ein geregeltes Sprayfeld sowohl eine Abschreckung als auch eine isotherme Haltephase generiert. Verschiedene Sensoren generieren Eingangsgrößen, um die Werkstücke geregelt abzukühlen. In diesem Paper wird ein Überblick über die Anlagentechnik, realisierte Abkühlkurven und die daraus resultierende Härte gegeben.


*Reworked version of a lecture held at ECHT – Quenching and Distortion Engineering QDE 2021, 26.-18. April 2021, online


Acknowledgement

This research project was funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy on the basis of a resolution of the German Bundestag within the framework of the funding program "Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand" (ZIM, ZF-4332401DE6 and ZF4332301DE6).

We would like to thank our project partners Leibniz Universität Hannover – Institute of Materials Science – Non-destructive Testing and Hammerwerk Fridingen GmbH for their excellent cooperation and fantastic support in carrying out the experiments.

Danksagung

Dieses Forschungsprojekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages im Rahmen des Förderprogramms "Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand" (ZIM, ZF4332401DE6 und ZF-4332301DE6) gefördert.

Wir bedanken uns bei unseren Projektpartnern Leibniz Universität Hannover – Institut für Werkstoffkunde – Zerstörungsfreie Prüfung und Hammerwerk Fridingen GmbH für die gute Zusammenarbeit und die großartige Unterstützung bei der Durchführung der Versuche.

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Published Online: 2021-10-20
Published in Print: 2021-10-31

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