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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter March 29, 2022

Flame and Induction Hardening – An Advantageous Alternative to Case Hardening for Large Size Gears?

Flammumlauf- und Induktivhärten – Eine vorteilhafte Alternative zum Einsatzhärten für Zahnräder großer Baugröße?
H. Cermak, T. Tobie and K. Stahl

Abstract

Surface hardening is an economical and technological alternative to case hardening, especially for larger gear sizes. Due to the high carburization depths required for case hardening with large component dimensions and technological limitations (e. g. furnace size), typical surface hardening processes such as flame or induction hardening show advantages here.

In this publication, a flame-spin-hardened variant is compared with an induction-hardened variant using the gap-by-gap method. Both variants have a gear size of mn = 14 mm. A comparison is also made with a case-hardened, shot-peened reference variant of comparable size.

In the comparison, the chemical composition, microstructural properties, hardness-depth characteristics and experimental results of the tooth root bending strength tests on the pulsator test rig are presented, comparatively evaluated and discussed. The experimentally determined tooth root load carrying capacities of the two surface-hardened variants are then classified with the reference variant in the state of the art.

Kurzfassung

Das Randschichthärten stellt insbesondere bei größeren Zahnradbaugrößen eine wirtschaftliche und technologische Alternative zum Einsatzhärten dar. Bedingt durch die bei großen Bauteilabmessungen notwendigen hohen Aufkohlungstiefen beim Einsatzhärten und aufgrund technologischer Grenzen (z. B. Ofengröße) zeigen typische Randschichthärteverfahren, wie das Flamm- oder das Induktivhärten, hier Vorteile.

Im Rahmen dieser Veröffentlichung wird eine flammumlaufgehärtete Variante einer im Einzelzahnlückenverfahren induktivgehärteten Variante gegenübergestellt. Beide Varianten weisen eine Zahnradbaugröße mn = 14 mm auf. Zudem erfolgt ein Vergleich mit einer einsatzgehärteten, reinigungsgestrahlten Referenzvariante vergleichbarer Baugröße.

Bei der Gegenüberstellung werden u.a. die chemische Zusammensetzung, die Gefügeeigenschaften, die Härte-Tiefenverläufe sowie die experimentellen Ergebnisse der Zahnfußtragfähigkeitsuntersuchungen am Pulsatorprüfstand vorgestellt, vergleichend bewertet und diskutiert. Die experimentell ermittelten Zahnfußtragfähigkeiten der beiden randschichtgehärteten Varianten werden anschließend mit der Referenzvariante in den Stand der Technik eingeordnet.


* Lecture held at the HeatTreatingCongress, HK2021, 27.–28. October 2021, online


Acknowledgements

The findings presented here are based on research project IGF No. 19630 N/1 of the German Research Association for Power Transmission Technology e.V. (FVA); funded in part by the FVA and through the German Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF) within the framework of the program for the promotion of joint industrial research (IGF) by Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) on the basis of a resolution of the German Bundestag. The authors would like to thank the FVA / AiF and the members of the project-accompanying committee for their funding and support. The results shown were taken from the corresponding final report of the research project FVA 660 II [18]. Further information on the influence of different materials and hardening depths as well as other influences on the tooth root load capacity of induction hardened gears can be found in the final report.

Danksagung

Die vorgestellten Erkenntnisse basieren auf dem Forschungsvorhaben IGF-Nr. 19630 N/1 der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA); gefördert teilweise von der FVA und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags. Die Autoren bedanken sich für die Förderung und Unterstützung bei der FVA / AiF und den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses. Die gezeigten Ergebnisse wurden aus dem entsprechenden Abschlussbericht des Forschungsvorhabens FVA 660 II [18] entnommen. Weiterführende Informationen zum Einfluss unterschiedlicher Werkstoffe als auch Einhärtetiefen sowie weitere Einflüsse auf die Zahnfußtragfähigkeit induktivgehärteter Verzahnungen können dem Abschlussbericht entnommen worden.

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Published Online: 2022-03-29

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