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In this study, a process-chain simulation model is presented for the prediction of distortion of low-pressure gas carburised SAE 5120 (EN 20MnCr5) steel gear blanks. For this purpose, the evolution of the banded microstructure stemming from the continuous casting process was traced by computer simulations of subsequent shape rolling, forging and machining steps. Then, the simulated local orientation angles of the deformed banded microstructure are transferred to heat treatment simulation module as an input for the recently developed material model that exploits the "Anisotropic Transformation Strain (ATS)" concept to reproduce the dishing behaviour which cannot be reproduced by former models. The results indicate that the suggested procedure provides quite good predictions of the dishing directions and dishing-free cutting strategy, whereas; the dishing magnitude is predicted fairly reasonably considering large scatters in the experiments.Keywords: Gear / Low-Pressure Gas Carburising / Process-chain Simulation / Anisotropic Transformation Strain / In dieser Studie wird ein Prozesskettensimulationsmodell zur Vorhersage der Formänderungen niederdruck-gasaufgekohlter Zahnradrohlinge aus SAE 5120 (EN 20MnCr5) vorgestellt. Zu diesem Zweck wurde die Entwicklung der Zeiligkeit der im Strangguss entstandenen Seigerungen über die Simulationsschritte Walzen, Schmieden und Drehen hinweg verfolgt, um über die so berechneten lokalen Orientierungen die Anwendung des kürzlich entwickelten Materialmodells für "Anisotrope Umwandlungsdehnungen" (ATS) in der Wärmebehandlungssimulation zu ermög-lichen. Damit soll die Berechnung des "Dishing"-Effekts ermöglicht werden, was mit früheren Modellen nicht möglich war. Das präsentierte Modell ist in der Lage, den "Dishing"-Effekt qualitativ vorherzusagen und auch die optimale Zerspanstrategie, bei der kein Dishing auftritt, exakt wiederzugeben; die Größe des Dishings wird unterschätzt, wobei das Ergebnis aufgrund der relativ großen Streuung in den Messdaten als zufriedenstellend gelten darf.

The compensation of distortion of 100Cr6 (SAE 52100) bearing rings can be achieved within each of the production chain steps turning, austenitisation, and quenching. This work evaluates the compensation potential during heat treatment. For this purpose, rings are austenitised in a bottom-loading furnace with six individually controlled heating elements. Temperature distributions in the rings during heating and soaking are used to influence the local solute carbon content. After austenitisation, the rings are quenched in a gas nozzle field with 13 individually controlled quenching zones, one on the inner surface and 12 on the outer surface of the ring. The roundness deviation just before quenching is measured using tactile sensors. The heat treated parts are examined with regard to distortion but also to the requirements of hardness, microstructure, and residual stresses. Limits of roundness deviation compensation in different Fourier orders are evaluated.Keywords: Distortion engineering / 100Cr6 rings / roundness deviation / compensation potential / gas nozzle field / Eine Kompensation der auftretenden Rundheitsabweichungen von Wälzlagerringen aus 100Cr6 (SAE 52100) kann innerhalb jedes einzelnen der Produktionsschritte Drehen, Austenitisieren und Abschrecken der Produktionskette erfolgen. In diesem Artikel werden vor allem die Möglichkei-ten zur Verzugskompensation beim gezielt asymmetrischen Abschrecken untersucht. Dazu wurden Ringe in einem Ofen mit sechs separat regelbaren Heizzonen austenitisiert, wobei Temperaturunterschiede innerhalb des Rings zur Beeinflussung der Kohlenstofflöslichkeit erzeugt wurden. Anschließend wurden die Ringe in einem Gasdüsenfeld mit 12 äußeren und einem inneren Düsenstock, alle individuell regelbar, abgeschreckt. Die Rundheitsabweichungen vor dem Abschrecken wurden durch taktile Sensoren bestimmt. Nach der Wärmebehandlung wurden die Ringe hinsichtlich Härte, Gefüge und Eigenspannungen bewertet. Dabei wurde auch das Kompensationspotenzial der Anlage ermittelt.

A non-destructive online measurement system called “Bainite Sensor” is developed for the application of monitoring bainite transformation in salt bath adapted heat treatment equipments, nowadays controlled by computer assisted features. The measurement procedure is based upon eddy current harmonic analysis. Electrical and magnetic properties are measured and correlated to the relevant material properties. The Bainite Sensor device, housed temperature resistant and vacuum sealed, can also to be used for online process control. The system was studied carefully during an applied research program. Many experiments controlling the influence of sensitive parameters, such as state of austenitization and bainite transformation conditions of several ball bearing steels have been made and results evaluated. The investigations show that the Bainite Sensor allows the continuous in situ measurement of the bainite transformation. The most important constituent of the microstructure is the proportion of mother-austenite, which is measured continuously. It is possible to reproduce process cycles with a defined fraction of residual austenite as well as finishing the bainite transformation with any content of retained austenite without any delay by a time security factor. The application of the Bainite Sensor makes the bainitic treatment for hardening more reproducible, well directed and more economical. This innovation will improve the industrial competitiveness and foster the development of energy-efficient low-cost quality-assured bainitic treatment routines featuring of by improved properties such as reduced distortion, increased toughness, and sufficient surface hardness.

KurzfassungDer Einsatz pressgehärteter Bauteile im Automobilbau hat in den letzten Dekaden stark zugenommen [1]. Diese Bauteile bieten dabei eine vorteilhafte Kombination aus hoher Festigkeit und großer Formgenauigkeit bei gleichzeitiger Einsparung von Gewicht. Eine Verfeinerung des Presshärtens stellt das partielle Presshärten dar, bei welchem lokal temperierte Werkzeuge verwendet werden, um verschiedene Temperaturverläufe und damit Gefüge-Gradienten im Bauteil zu erzielen [2]. Dabei kann es auch zu einer kurzzeitigen lokalen Wiedererwärmung des Bauteils kommen. In der Folge kommt es zu komplexen Temperatur- und Lastverläufen, was wiederum die Anforderungen an die Modellierung des Prozesses erhöht. In den letzten Jahren wurden bei einer Reihe von Simulationsprogrammen Fortschritte auf dem Gebiet des konventionellen und partiellen Presshärtens erzielt [3]. Dies beinhaltet Materialmodelle (z. B. thermophysikalische Effekte wie Phasenumwandlungen oder latente Wärme), aber auch Randbedingungen wie druckabhängige Wärmeübertragungskoeffizienten [4]. Dieser Beitrag behandelt eine Verfeinerung der thermomechanischen Modellierung des Presshärtens, indem ein Fokus auf den Einfluss der Umwandlungsplastizität gelegt wird. Experimentelle Untersuchungen an einer 22MnB5-Güte liefern die Grundlage für eine Sensitivitätsstudie, in der der Einfluss der Umwandlungsplastizität auf ein Beispiel für das konventionelle sowie das partielle Presshärten dokumentiert wird.