Chargenaufbau (links) und Position der Thermoelemente (rechts)
AllgemeinesForschungsberichte

VariQuench HDG

FVA 819 I | IGF-Nr. 19861 N

Steigerung der Festigkeitseigenschaften von Stirnrädern durch die Variation der Abschreckraten während der Hochdruckgasabschreckung

Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene Möglichkeiten zur Einflussnahme auf den Abkühlungsverlauf während des Hochdruckgasabschreckens nach dem Aufkohlen zum Einsatzhärten von Proben und Zahnrädern untersucht. Ziel war es, durch die Einflussnahme auf den Abschreckverlauf gezielt verschiedene Haltestufen im Temperaturbereich der Martensitstarttemperatur und veränderte Abkühlgeschwindigkeit durch den Martensitbildungsbereich einzustellen. Die Wärmebehandlung konnte entsprechend der angestrebten Varianten in guter Näherung in Anlagen des Leibniz-IWT umgesetzt werden. Eine Übertragung auf große Chargen, die der industriellen Nutzungsgröße gleich sind, konnte ebenfalls erfolgreich für einige ausgewählte Varianten bei einem Industriepartner erprobt werden. Dabei stellte sich die Hochdruckgasabschreckung als sehr flexible Methode dar, die signifikant veränderte Zeit-Temperaturverläufe während der Abschreckung zulässt, unabhängig von der verwendeten Anlagengeneration, d. h. mit einfacher Leistungsstufen-Variation oder frequenzgeregeltem Lüfter konnten gleichermaßen die angestrebten Zeit-Temperaturverläufe erzielt werden.

Die Ergebnisse der Gleichmäßigkeitsuntersuchungen innerhalb einer Charge haben zwar auf Streuungen während der Abschreckphase mit hohen Temperaturgradienten hingewiesen, jedoch konnte festgestellt werden, dass durch die Haltphasen ein guter Temperaturausgleich in der Charge mit niedriger effektiver Streuung der Ist-Temperatur aller Bauteile eingestellt werden kann.

Die eingestellten Varianten für die Hochdruckgasabschreckung wurden anschließend umfassend mechanisch erprobt. Neben Torsions- und Umlaufbiegeversuchen zur Prüfung des Einflusses der veränderten Abkühlgeschwindigkeit auf das Gefüge und die Schwingfestigkeit erfolgte eine umfassende Erprobung der mechanischen Kennwerte so behandelter Zahnräder. Die Versuche an der Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebesysteme (FZG) umfassten neben Pulsatorprüfvarianten zur Erprobung der Zahnfußtragfähigkeit auch Laufversuche zur Prüfung der Zahnflankentragfähigkeit von Zahnrädern der Baugröße mn = 5 mm sowie mn = 2 mm. Die Prüfung der Zahnfußtragfähigkeit konnte aufzeigen, dass sich die veränderte Abschreckung, insbesondere wenn eine isothermische Haltephase oberhalb der Martensitstarttemperatur der aufgekohlten Randschicht vorliegt, positiv auf die Zahnfußtragfähigkeit auswirkt. Bezüglich der Grübchentragfähigkeit bei der Prüfung der Zahnflankentragfähigkeit von Zahnrädern der Baugröße mn = 5 mm und mn = 2 mm können sich die veränderten Abschreckverläufe ebenfalls positiv auf die Tragfähigkeit auswirken. Somit konnte anhand der mechanischen Prüfung sowie begleitender metallografischer und röntgenografischer Untersuchungen gezeigt werden, dass eine reduzierte Abschreckgeschwindigkeit ab Erreichen der Martensitstarttemperatur zu einem gewissen Anteil Bainit in den Bauteilen führt, der wiederum eine verbesserte Martensitmorphologie bewirken und damit die Bauteileigenschaften positiv beeinflussen kann. Damit konnte eine neue Methode aufgezeigt werden, wie für Bauteile verschiedener Geometrien durch eine einfache Veränderung der Abschreckverläufe mittels gängiger Technik ohne zusätzliches Anlagen-Invest bessere Bauteileigenschaften erzielt werden können.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 19861 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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