Kegelrad-Bainitisieren
FVA 513 V | IGF-Nr. 20953 N
Untersuchungen der Tragfähigkeit von Kegelrad- und Hypoidverzahnungen mit einem erhöhten Bainitgehalt
Im Projekt wurden Randschichtzustände mit unterschiedlichen bainitischen Gefügeanteilen auf ihre reproduzierbare Einstellbarkeit sowie die sich aus dem mehrphasigen Gefüge ergebenden Festigkeitseigenschaften untersucht. Basierend auf dem bisherigen Wissen zur Prozessauslegung dieser Randschichtzustände wurden zwei Varianten durch einen Einsatzhärteprozess mittels Einsatzbainitisieren eingestellt. Die Einstellung dieser Varianten basierte zusätzlich auf Untersuchungen am Dilatometer, um die kohlenstoff- und temperaturabhängige Umwandlungskinetik beim Halten auf Bainitisiertemperatur abbilden zu können. Die Daten wurden zusätzlich eingesetzt, um ein einfaches Simulationsmodell zur Umwandlungskinetik zu erstellen.
Die quantitative Charakterisierung anhand von metallo- und röntgenographischen Untersuchungen dieser Zustände bleibt im Hinblick auf die Korrelation mit den Festigkeitseigenschaften ein zentraler Baustein. Vorteil des Verfahrens Einsatzbainitisieren sind die hohen Druckeigenspannungen in der gesamten Einsatzschicht. Die Analyse der Randschichtzustände zeigt auch negative Aspekte, wie eine notwendige Anpassung der Grenzkohlenstoffgehalte zum Erreichen der Einsatzhärtungstiefe, eine ausgeprägte Randoxidation sowie bei teilbainitisierten Zuständen seigerungsbedingte Ungleichmäßigkeiten (siehe Bild) in der Gefügeausbildung.
Das Tragfähigkeitspotential des Einsatzbainitisierens wurde anhand von experimentellen Untersuchungen an Kegelrad- und Hypoidverzahnungen am FZG-Hypoid-Verspannungsprüfstand ermittelt. Hierzu wurden Versuche zur Grübchen-, Zahnfuß- und Fresstragfähigkeit an teilbainitisierten BN30- und bainitisierten BN100-Varianten sowie an einer einsatzgehärteten Referenzvariante (EH) durchgeführt und in den Stand der Technik eingeordnet. Ein beispielhafter Grübchenschaden der teilbainitisierten BN30-Variante ist im Bild dargestellt. Die Ergebnisse zur Zahnfuß- und Fresstragfähigkeit zeigen eine vergleichbare Tragfähigkeit der BN30- und BN100-Variante mit carbonitrierten und einsatzgehärteten Kegelradverzahnungen aus dem Stand der Technik. Aufgrund der starken Graufleckigkeit, der niedrigen Versuchsbelegung und vorhandenen Versuchsstreuung konnte keine belastbare Aussage zur Grübchentragfähigkeit abgeleitet werden. In Bezug auf die Zahnfußtragfähigkeit und Graufleckigkeit können die im Forschungsvorhaben IGF-Nr. 17903 N/2 „Randschichtzustände“ festgestellten Einflüsse des Bainitisierens für das Material 18CrNiMo7-6 an Kegelräder bestätigt werden.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 20953 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages mit den Mitteln der IGF gefördert.
