A209

Thermochemisches Verfahren zur wirtschaftlichen Oberflächenbehandlung von größeren Bauteilen

(A209 S 24/10059/2003)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. September 2003 - 31. Juli 2007

Im Wälzkontakt belastete einsatzgehärtete Bauteile fallen immer wieder unvorhergesehen durch zu frühe Ermüdung aus. Die Einleitung des Ermüdungsschadens kann sowohl durch eine thermische Schädigung der Oberfläche infolge einer unzureichenden Schmierung als auch durch eine mechanische Beschädigung der Laufbahn durch harte Schmutzpartikel, die im Wälzkontakt in die Oberflächen der Wälzpartner eingedrückt werden, verursacht sein.

Die bestehenden Behandlungen und Werkstoffkombinationen bieten bei hohen Belastungen keinen ausreichenden Schutz vor Betriebsstörungen und weisen insgesamt keine ausreichende Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Stabilität auf.

Ziel dieses Projekts war es zu klären, ob durch eine Carbonitrierbehandlung die aufgehärtete Randschicht in Bezug auf Festigkeit, Zähigkeit und thermische Stabilität optimiert werden kann. Das zu entwickelnde Wärmebehandlungsverfahren und der eingesetzte Werkstoff sollten dabei aufeinander abgestimmt werden. Die Prozessdauer sollte möglichst verkürzt, zumindest aber nicht verlängert werden. Das bedingt möglichst hohe Temperaturen bei der Randschichtwär-mebehandlung.

Das Carbonitrieren bei erhöhter Prozesstemperatur zur Erzeugung einer Randschicht mit erhöhtem Widerstand gegen Versagen durch Herz’sche Pressung wurde in dem Vorhaben an 11 Einsatz- und Vergütungsstählen eingesetzt, um eine bezüglich Prozesssicherheit, Kosten, Stabilität und Lebensdauer optimale Paarung zu ermitteln. Nach einer Vorauswahl wurde die thermische und mechanische Stabilität der erzeugten Restaustenitgehalte an den Stählen 18CrNiMo7-6, SAE4320, 23MnCrMo5, 32CrMoV13 und 33MnCrMo6-3 untersucht.

Anhand der Ergebnisse wurde ein 33MnCrMo6-3 als zu optimierender Stahl ausgewählt. Die mechanischen Kennwerte diese Stahls wurden im Rahmen dieses Projektes ermittelt.

In einem Lebensdauerprüfstand wurden die Stähle 18CrNiMo7-6, SAE4320 und 33MnCrMo6-3 im carbonitrierten Zustand einer einsatzgehärteten Standardvariante in der Überrollungsprüfung gegenübergestellt.

Die Ergebnisse zeigen, dass die carbonitrierten Zustände in der Überrollungsprüfung bei der bisher üblichen Laufzeit von 150 Stunden zu vereinzelt ausfallen, um die Überlebenswahrscheinlichkeiten bestimmen zu können. Die Randschichtzustände der drei carbonitrierten Varianten sind damit besser, als es erwartet wurde.
Das Carbonitrieren bei erhöhter Temperatur wird als direktes Ergebnis dieses Vorhabens zur Verbesserung der Wälzfestigkeit insbesondere unter ungünstigen Betriebbedingungen von großen Wälzlagern eingesetzt. Als eine Folge dieses Vorhabens ist die Erforschung des möglichen Einsatzes dieses Verfahrens bei der Randschichtwärmebehandlung von Großzahnrädern anzusehen.

Forschungsstelle 1:
Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT)
www.iwt-bremen.de
 
Forschungsleiter 1:
Prof. Dr.-Ing. H.-W. Zoch

(vorgelegt vom Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (VDMA) für Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA))

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e. V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF