HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 67 Issue 5

HTM Journal of Heat Treatment and Materials

Volume 67 Issue 5

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Journal Overview

Veranstaltungen in Zusammenarbeit mit der AWT®

May 2, 2013 Page range: A7-A7

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Einführung in die Grundlagen des Distortion Engineering

Th. Lübben, H.-W. Zoch May 2, 2013 Page range: 275-290

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Abstract

Kurzfassung Auf dem HärtereiKongress 2012 wurde im Rahmen einer vollständigen Session ein Überblick über wesentliche Erkenntnisse des Sonderforschungsbereichs „Distortion Engineering“ präsentiert. Im vorliegenden Beitrag werden zunächst die Grundlagen der Verzugsentstehung vermittelt. Dabei werden die grundlegenden Mechanismen vorgestellt, die Systematik der unvermeidbaren Maß- und Formänderungen besprochen und für die vermeidbaren Verzäge das Konzept des Verzugspotenzials und der zugehörigen Träger erläutert. Darauf aubauend werden die Methode „Distortion Engineering“ und die Ansätze der erweiterten Verzugsbeschreibung für Welle, Scheibe und Ring besprochen. Auf dieser Basis werden in den folgenden vier Beiträgen dieses Hets diese hemen präsentiert: Mechanismen der Verzugsentstehung bei Wälzlagerringen aus 100Cr6 [1] Verzugskompensation an Wälzlagerringen aus 100Cr6 [2] Analyse von Seigerungen und seigerungsbedingtem Verzug am Beispiel des Einsatzstahls 20MnCr5 [3] Verzugsentstehung bei geschmiedeten Scheiben aus 20MnCr5 – Einluss von Umformung und Gefügestruktur [4]

Mechanismen der Verzugsentstehung bei Wälzlagerringen aus 100Cr6

H. Surm, J. Rath May 2, 2013 Page range: 291-303

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Abstract

Kurzfassung Der grundlegende Ansatz , den Verzug als eine Systemeigenschaft einer spezifischen Prozesskette aufzufassen, hat sich im wissenschaftlichen aber auch im industriellen Kontext durchgesetzt. Während der Produktion durchläuft jedes Bauteil seine individuelle Prozesskette: angefangen von der Konstruktion bis zur Einstellung der geforderten Eigenschaften in der Wärmebehandlung. Falls die resultierenden Maße und Formen des Werkstückes dann nicht den geforderten Toleranzen entsprechen, steht am Ende der Prozesskette ein kostenintensives Verfahren (z. B. Hartbearbeitung, Richten), um eine Korrektur der Maße und Formen vorzunehmen. In jedem Prozessschritt können Verzüge entstehen oder die Ursachen für eine Verzugsauslösung in einem in der Prozesskette nachstehenden Fertigungsschritt generiert werden. Entsprechend der Methode „Distortion Engineering“ wurden während der Laufzeit des Sonderforschungsbereiches 570, basierend auf den Ergebnissen experimenteller Untersuchungen sowie FEM-Simulationen, die relevanten Verzugsmechanismen in den verschiedenen Modellprozessketten entschlüsselt. Am Beispiel der Prozesskette „Ring“ (Wälzlagerstahl 100Cr6) werden die wichtigsten Verzugsmechanismen, die in den einzelnen Prozessschritten identifiziert wurden, vorgestellt und deren Effekte auf die Maß- und Formabweichungen erläutert. Dazu zählen insbesondere die Fertigungseigenspannungen aus der Kaltumformung bzw. aus der spanenden Bearbeitung, die resultierenden Lastspannungen aufgrund des Eigengewichtes und den Kontaktbedingungen bezüglich der Chargierung als auch der Effekt aus den thermischen und umwandlungsbedingten Spannungen über den Mechanismus der Umwandlungsplastizität in der Wärmebehandlung.

Verzugskompensation an Wälzlagerringen aus 100Cr6

J. Lütjens, H. Surm, M. Hunkel May 2, 2013 Page range: 304-310

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Abstract

Kurzfassung Beim Härten von Wälzlagerringen kommt es ot zu Maßund Formabweichungen, die während der abschließenden Hartbearbeitung kostenintensiv korrigiert werden müssen. Diese Verzüge treten aufgrund von prozess-, material- oder konstruktionsbedingten Einlüssen auf. Der im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 570 „Distortion Engineering“ verfolgte Ansatz betrachtet diese Einlüsse prozessübergreifend, d. h. frühere Prozessschritte künnen in späteren Schritten auftretenden Verzug durch Einbringen eines Verzugspotentials hervorrufen. Basierend auf einem detaillierten Wissen um die einzelnen Verzugspotentiale kann so eine Verzugskompensation während einzelner Prozessschritte erreicht werden. Im vorliegenden Beitrag wird die Anwendung der Methode „Distortion Engineering“ und die Ansätze der erweiterten Verzugsbeschreibung auf die Verzugskompensation beim Härten von Wälzlagerringen aus 100Cr6 besprochen. Dazu wurden die Ringe in einer speziell aufgebauten Einzelteil-Wärmebehandlungsanlage mit der Möglichkeit zur gezielt inhomogenen Erwärmung wie auch Abschreckung gehärtet. Rundheitsmessungen vor und während des Prozesses dienten als Grundlage für eine individuell abgestimmte Wärmebehandlung. Mit dieser Maßnahme konnte die Rundheitsabweichungen signiikant reduziert werden.

Analyse von Seigerungen und seigerungsbedingtem Verzug am Beispiel des Einsatzstahls 20MnCr5

M. Hunkel May 2, 2013 Page range: 311-322

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Abstract

Kurzfassung Seigerungen sind chemische Inhomogenitäten , die sich beim Strangguss nicht vermeiden lassen. Die Orts- und Richtungsabhängigkeit von Mikro- und Makroseigerungen im Halbzeug wurden eingehend charakterisiert. Schwerpunkte der Charakterisierung waren die hochaufgelöste chemische Analyse mittels Elektronenstrahl-Mikrosonde und metallographische Untersuchungen. Über Dilatometerversuche wurde das orts- und richtungsabhängige Umwandlungs- und Dehnungsverhalten bestimmt. Der seigerungsbedingte Verzug nach der Wärmebehandlung wurde an einfachen zylindrischen Wellen untersucht, um eine Überlagerung mit geometriebedingtem Verzug zu vermeiden. Die Wellen wurden langsam im Ofen abgekühlt, blindgehärtet oder einsatzgehärtet. Ein wärmebehandlungsbedingter Verzug wurde dabei möglichst klein gehalten. Analysiert wurden die Längenänderung und die Krümmung der Wellen. Alle Experimente zum seigerungsbedingten Verzug erfolgten an einer Charge aus dem Werkstoff 20MnCr5. Zum Vergleich wurde zusätzlich seigerungsfreier sprühkompaktierter 20MnCr5 eingesetzt.

Verzugsentstehung bei Scheiben aus 20MnCr5 – Einfluss von Umformung und Gefügestruktur

R. Rentsch May 2, 2013 Page range: 323-330

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Abstract

Kurzfassung Für die Zahnradfertigung werden zunächst aus warmgewalzten Stangenabschnitten Scheiben geschmiedet. Die Scheiben aus 20MnCr5 (AISI 5120) werden anschließend auf Maß gedreht und auf einer Wälzfräsmaschine verzahnt. Nach dem Einsatzhärten wird mit dem Verzahnungsschleifen die genaue Geometrie der Zähne hergestellt. Enge Toleranzen von wenigen Mikrometern sind für die Erfüllung der Verzahnungsqualitäten von Hochleistungsgetrieben sowie für stabile Fertigungsprozesse einzuhalten. Experimentelle Analysen zeigen, dass der Stofffluss in scheibenförmigen Zahnradrohlingen signifikant variieren kann. Zusätzlich zeigten detaillierte WDX-Messungen eine Makroseigerung am Querschnitt der zylindrischen Stangenabschnitte, aus denen die analysierten Scheiben hergestellt wurden. Beides ist für die Zahnradherstellung von Bedeutung, da eine Korrelation zwischen dem Scheibenverzug nach dem Einsatzhärten der Scheiben und dem jeweils im Zahnrad ausgebildeten Stofffluss für diesen Stahl gefunden wurde. Neben den experimentellen Analysen wurden FE-Analysen zum Einfluss von Prozessparametern und Prozessstörungen auf den Scheibenverzug durchgeführt. Als ein wesentlicher Faktor für den Scheibenverzug wurde ein Temperaturgradient über der Höhe der Zylinderabschnitte identifiziert, der über den Stofffluss auf das Verzugsverhalten der Scheiben nach dem Einsatzhärten zum Tragen kommt.

Bauschinger effect in undercooled 6082 aluminium wrought alloy

M. Reich, O. Kessler May 2, 2013 Page range: 331-336

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Abstract

Finite element method (FEM) modelling can be used to predict residual stresses and distortion during quenching. One part of the necessary constitutive equations covers the strain hardening model (isotropic, kinematic or mixed) for the material in an undercooled state. Therefore, tension and tension / compression tests of undercooled aluminium alloys like EN AW-6082 were performed in a quenching and deformation dilatometer. Samples have been solution annealed and quenched in the dilatometer at a supercritical cooling rate. Immediately after quenching, uniaxial tension or tension / compression tests at varying temperatures have been performed. These experiments allow a study on the influence of the temperature on the Bauschinger effect. The magnitude of the Bauschinger effect was found to decrease with increasing temperature. Finally, the results have been implemented in the material model of the FEM-Software SYSWELD®.

Numerische Berechnung einer integrierten Wärmebehandlung für präzisionsgeschmiedete Bauteile

B.-A. Behrens, Fr.-W. Bach, A. Bouguecha, F. Nürnberger, M. Schaper, Z. Yu, A. Klassen May 2, 2013 Page range: 337-343

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Abstract

Precision forging is a production process used for manufacturing of near-net shaped, highly loaded components with low proportion of forging degrees and reduced necessity of post processing. In comparison to the conventional forming and the machining production processes, an important improvement in material savings and a significant shortening of the process chain can be obtained. The near-net shape forging allows an integrated heat-treatment from the hot-forming heat. In this paper, a numerical calculation of the forging process and a heat-treatment process following forging are shown at the example of the pinion shaft. A challenge lies in the coupling of the simulation model for the forging process and the model used to calculate the temperature and microstructure development during quenching and tempering process. This coupling in addition to the illustration of the entire process, enable optimization of spray cooling parameters which leads to the diesired hardness profile.

About this journal

HTM is a bilingual (German-English) independently assessed and periodical standard publication that provides reports on all aspects of heat treatment and material technology in research and production. By publishing trend-setting contributions to research and practical experience reports, HTM helps in answering scientific questions as well as regarding investment decisions in the industry. All articles are subject to thorough, independent peer review.
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