Hochtemperatur-Aufkohlen – Einflüsse auf das Verzugsverhalten schwerer Getriebebauteile^∗

Abstract

Kurzfassung Das Aufkohlen von Getriebebauteilen oberhalb 950°C wurde schon vor mehr als 20 Jahren intensiv diskutiert, aber eine breite Einführung des Hochtemperatur-Aufkohlens in die industrielle Fertigung ist bisher noch nicht erfolgt. Die unzureichende Feinkornbeständigkeit der Einsatzstähle sowie temperaturkritische Komponenten von Wärmebehandlungsanlagen waren die wesentlichen Gründe dafür. Mit Optimierung der Gehalte an Aluminium und Stickstoff in konventionellen Einsatzstählen und der Entwicklung mikrolegierter Einsatzstähle mit Niob und Titan sowie moderner Öfen zur Wärmebehandlung stehen heute sowohl die Werkstoffe als auch die Wärmebehandlungsanlagen für das Hochtemperatur-Aufkohlen bereit. Gerade für schwere Getriebebauteile mit großer Einsatzhärtungstiefe kann die erforderliche Dauer der Wärmebehandlung durch eine angehobene Aufkohlungstemperatur deutlich verkürzt werden. Voraussetzung für eine Serienfertigung sind aber minimal streuende Maß- und Formänderungen der Bauteile nach dem Einsatzhärten. Am Beispiel verschiedener schwerer Getriebebauteile wurden die verzugskritischen Kenngrößen nach dem Einsatzhärten bei Aufkohlungstemperaturen von 930°C, 980°C und 1050°C sowie unterschiedlichen Erwärm- und Abkühlverläufen ermittelt. Die Ergebnisse zeigen keine Verschlechterung des Verzugsverhaltens der Bauteile bei optimierter Temperaturführung auch für sehr hohe Aufkohlungstemperaturen. Maß- und Formänderungen sind daher mit höherer Aufkohlungstemperatur nicht zwingend größer als bei heutiger Serienbehandlung.

Towards integrative computational materials engineering of steel components

“…8 Weld seam geometry calculated using SimWeld (left). The temperature evolution is used as boundary condition for modelling the dendritic solidification of d-ferrite in the joint (middle, left), subsequent formation of austenite (middle, right) as well as phasetransformations, recrystallisation and grain growth in the heat affected zone (right, depicted are carbon and a-phase distributions during the c-a transition) caused by inhomogeneities due to segregation of alloying elements, by inhomogeneous grain size distributions or by an unfavorable heat distribution in the component either due to its shape or to the heating conditions [32,33,34].…”