HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 71 Issue 1

HTM Journal of Heat Treatment and Materials

Volume 71 Issue 1

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Journal Overview

Prozessintegration der Wärmebehandlung in die Fertigung*

W. Goy, H. Altena February 16, 2016 Page range: 3-11

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Abstract

Kurzfassung In der klassischen Getriebefertigung eines Automobilunternehmens ist die Wärmebehandlung als Produktionsschritt zwischen Weich- und Hartbearbeitung zumeist in einem separaten Bearbeitungsbereich – der Zentralhärterei – untergebracht, sodass die Werkstücke zwischen den Bearbeitungsstationen hin und her transportiert werden müssen. In unserer modernen und schnelllebigen Zeit werden in der Produktion zunehmend höhere Flexibilität und kürzere Durchlaufzeiten gefordert, was auch den Abbau von Zwischenpuffern bedingt. Da erscheint der Wunsch nur folgerichtig, die Wärmebehandlung vollständig in die Fertigungslinie zu integrieren. In dem Beitrag werden unterschiedliche Lösungen aufgezeigt, wie konventionelle Chargenprozesse der Wärmebehandlung schrittweise in die Fertigung integriert werden können. Als Idealzustand wird dabei ein Umbau der kompletten Produktion auf eine Einzelteilfertigung in der Linie, den sogenannten „One-Piece-Flow“, angesehen. Die Wärmebehandlung mittels Induktion ist generell eine Einzelteilbehandlung und daher für eine Linienproduktion im „One-Piece-Flow“ ideal. Die beiden induktiven Einzelprozesse Härten und Anlassen werden beschrieben, einer konventionellen Wärmebehandlung gegenübergestellt und die besonderen Bedingungen für eine Umstellung auf Induktion erörtert. Abschließend wird versucht, einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen in Hinblick auf die in die Fertigungslinie integrierte Wärmebehandlung zu geben.

Veranstaltungen

February 16, 2016 Page range: A5-A7

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HTM-Praxis

February 16, 2016 Page range: A8-A18

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Martensitbildung in Fe-basierten Legierungen während der Erwärmung von Stickstoff- Siedetemperatur*

M. Villa, T. L. Christiansen, M. F. Hansen, M. A. J. Somers February 16, 2016 Page range: 12-19

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Abstract

Kurzfassung Die Austenit-zu-Martensit-Umwandlung unterhalb Raumtemperatur wurde in situ mit Magnetometrie in Fe-N-, Fe-Cr-C- und Fe-Cr-Ni-basierten Legierungen untersucht. Nach dem Abschrecken von der Austenitisiertemperatur auf Raumtemperatur wurden die Legierungen in siedendem Stickstoff abgeschreckt. Anschließend wurde die martensitische Umwandlung während der Erwärmung auf Raumtemperatur verfolgt. Verschiedene konstante Erwärmraten zwischen 0,5 K/min und 10 K/min wurden untersucht. Eine Probe wurde als Referenz schockartig in Wasser aufgeheizt, um zu überprüfen, ob die Martensitbildung bei einer hohen Erwärmrate unterdrückt werden kann. Thermisch aktivierte Bildung von Martensit während dem Erwärmen wurde für alle getesteten Legierungen mit einer von der Erwärmrate abhängigen Umwandlungskinetik überzeugend demonstriert. Außerdem konnte mittels Magnetometrie gezeigt werden, dass die Erwärmrate den Martensitanteil während der Wärmebehandlung beeinflusst. Die Aktivierungsenergie für thermisch aktivierte Martensitbildung wurde mit der Methode nach Kissinger zu 11–18 kJ/mol bestimmt und nimmt mit dem Anteil der Zwischengitterelemente zu.

Bearing steels for induction hardening – Part I

M. Wendel, F. Hoffmann, W. Datchary February 16, 2016 Page range: 20-34

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Abstract

Surface induction hardening , through induction hardening, and induction tempering of components like rolling elements or rings are established in production and are further developed in research and development. Among others, the used steel grade for induction hardening is one important factor affecting the induction hardening result. The present study benchmarks potential and existing bearing steels in terms of their induction hardening response. Steel grades with low to high carbon contents and different alloying strategies were selected. The robustness of the heat treatment result depending on the selected steels and their prior conditions, prior to induction hardening, shall be pointed out. A dilatometer study was used to compare the sensitivity of martensite start temperature (M S ), hardness after quenching, prior austenite grain size, and appearance of non-martensitic transformation products, for varied process parameters. The study showed the pronounced effect of the steels′ prior microstructure, prior to induction hardening, on the hardening response. The alloying with silicon and manganese reduced the amount of non-martensitic transformation products after hardening. Increasing amounts of alloying elements led in general to larger changes in M S temperature and lower hardness after hardening.

Optimierte Eigenschaften von Werkzeugstahl für Presshärtewerkzeuge*

J. J. Wilzer, Ch. Escher, M. Kotzian, S. Weber, W. Theisen February 16, 2016 Page range: 35-42

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Abstract

Kurzfassung Das Presshärten von hochfesten Karosseriebauteilen stellt eine Schlüsseltechnologie dar, mit der moderne Leichtbaukonzepte und hohe Sicherheitsstandards in der Automobilindustrie realisiert werden können. Die Fertigung derartiger Bauteile erfordert jedoch einen hohen technischen Standard bzgl. der Prozessführung, der Wärmeführung und der Auslegung der Presshärtewerkzeuge. Die Warmumformung der heißen Bleche verursacht dabei sowohl mechanische als auch thermische Beanspruchungen an den Werkzeugen und führt aufgrund der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Bauteil zu Verschleiß an der Werkzeugoberfläche. Aktuelle Forschungsvorhaben haben daher zum Ziel, neue Werkzeugstähle zu entwickeln, welche in Bezug auf Presshärtewerkzeuge optimierte Eigenschaften besitzen. Eine dieser Entwicklungen ist der neue Sonderwerkstoff CP2M®, ein Werkzeugstahl mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit und sehr gutem Verschleißwiderstand.

FE-Simulation des induktiven Härtens am Beispiel einer Kalanderwalze*

J. Neumeyer, C. Groth, J. Wibbeler, M. Hanke February 16, 2016 Page range: 43-50

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Abstract

Kurzfassung Aufgrund der sauberen , reproduzierbaren Prozessführung, der hohen übertragbaren Leistungsdichte und der guten Kontrollierbarkeit der Wärmezone hat die induktive Erwärmung einen festen Platz bei der Wärmebehandlung von hochbelasteten Stahlbauteilen. Bei der Prozessführung kommt es darauf an, Erwärmzonen, Einwärmtiefen und Spitzentemperaturen sowie das zugehörige Temperatur-Zeit-Regime präzise zu steuern. Dieser Beitrag zeigt, wie das räumliche und zeitliche Temperaturprofil eines Härtungsprozesses mithilfe der Finite-Elemente-Simulation im Fall der Oberflächenhärtung einer Kalanderwalze vorausberechnet werden kann. Die Methode gestattet es, die optimale Auslegung des Induktionsprozesses wirtschaftlich und exakt vorherzubestimmen. Durch den Härteprozess werden mechanische Spannungen in der Kalanderwalze erzeugt, die die Belastungsspannungen neutralisieren und damit die Lebensdauer der Walze erhöhen.

Carbonitrieren von Einsatz- und Vergütungsstählen für Lageranwendungen

S. Rösch, W. Trojahn, B. Clausen February 16, 2016 Page range: 51-63

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Abstract

Kurzfassung Für eine möglichst hohe Leistungsfähigkeit großer, einsatzgehärteter Wälzlager unter schwierigen Betriebsbedingungen, die Mangelschmierung und/oder Partikelüberrollung beinhalten, sind die Eigenschaften in der beanspruchten Randschicht der Wälzpartner entscheidend. Diese hängen wesentlich von der chemischen Zusammensetzung des Grundstahls und der Menge und Verteilung der eingebrachten Elemente Kohlenstoff bzw. Kohlenstoff und Stickstoff (Carbonitrieren) ab. Zur vergleichenden Untersuchung der Carbonitrierbarkeit wurden 11 Einsatz- und Vergütungsstähle mit unterschiedlichen Gaszusammensetzungen auf annähernd gleiche Einhärtetiefe carbonitriert. Die Randschichten wurden charakterisiert und ausgewählte Zustände wurden hinsichtlich der thermischen und mechanischen Stabilität überprüft. Ab- schließend erfolgte die Eignungsprüfung für Wälzlager anhand von Überrollungsprüfungen an Scheiben und Schrägkugellagern bei unterschiedlichen Überrollbedingungen. Das beste Gesamtergebnis unter Einbeziehung der Herstellungskosten erzielte der lufterschmolzene Stahl 32MnCrMo6–4–3 im carbonitrierten Zustand.

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