Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Schleifbarkeit tragfähigkeitsoptimierter Randschichtgefüge

In IGF 18784 N / 1 „Schleifbarkeit hoch restaustenithaltiger carbonitrierter Zahnräder“ konnten ein deutlicher Einfluss des Gefüges auf die resultierende (Profil-) Schleifbarkeit nachgewiesen und erste Ursache-Wirkzusammenhänge aufgezeigt werden. Die Motivation die Schleifbarkeit dieser WB-Varianten zu untersuchen, basierte dabei auf z.T. deutlich erhöhten Tragfähigkeiten (bis zu 15 %) im Vergleich zu konventionell einsatzgehärteten Zahnrädern (AVIF A235). Diese ergaben sich in parallelen Untersuchungen in IGF 17903 N insbesondere auch für bainitische Gefüge, die in diesem geplanten Folgevorhaben deshalb zusätzlich ins Versuchsprogramm aufgenommen werden. Auch ein bisher nicht betrachteter Werkstoffeinfluss (Legierungssystem) soll hier untersucht werden, wobei in Abgrenzung zu IGF 18784 N / 1 und aufgrund von Industrieempfehlungen das Wälzschleifen im Fokus steht. Der Hintergrund der geplanten Untersuchungen ist, dass systematische Versuche zur Schleifbarkeit der tragfähigkeitsoptimierten Gefüge, sowie insbesondere die Bereitstellung geeigneter Prozessparameter und Randbedingungen zur Verbesserung dieser, von essentieller Bedeutung für einen wirtschaftlichen Einsatz in der industriellen Anwendung sind. Durch die Bereitstellung eines solchen Leitfadens profitieren v.a. auch kmU, da diese, aufgrund unterschiedlicher Kundenanforderungen, häufig ein stark schwankendes Produktspektrum bedienen müssen.

Mit Abschluss des Vorhabens ist die Ergebnismatrix aus IGF 18784 N / 1 zum Profilschleifen um die Aspekte Werkstoffeinfluss und Schleifbarkeit bainitischer Gefüge erweitert. Ebenso liegen analoge Erkenntnisse zum Wälzschleifen sowie ein Leitfaden zur wirtschaftlichen Bearbeitung dieser tragfähigkeitsoptimierten Randschichtgefüge vor. Mit einer Gegenüberstellung von jeweiligem Tragfähigkeitsgewinn und Schleifbarkeit der betrachteten Varianten, wird Anwendern eine wichtige Entscheidungsgrundlage für einen möglichen Einsatz dieser Wärmebehandlungsvarianten bereitgestellt.

Ergebniszusammenfassung:

Die meist hohen Leistungsanforderungen an Zahnräder werden durch ein Einsatzhärten realisiert, das konventionell ein Aufkohlen und Abschrecken mit anschließendem Anlassen vorsieht. Nach dem Stand der Technik wird ein Randschichtgefüge, bestehend aus Martensit und Restaustenit (< 25 %), angestrebt. In Vorhaben AVIF A235 konnte aufgezeigt werden, dass Randschichtzustände mit erhöhtem Restaustenitgehalt potentielle Kandidaten hinsichtlich einer Steigerung der Zahnradtragfähigkeit darstellen. Weitere Hinweise auf ein erhöhtes Potenzial zur Steigerung der Zahnflankentragfähigkeit ergaben sich auch für bainitische Gefüge (IGF 17903 N).

Im Vorgängervorhaben IGF 18784 N/1 konnte ein deutlicher Einfluss des Gefüges auf die resultierende (Profil-) Schleifbarkeit aufgezeigt werden. Die Klassifizierung in eine Schleifbarkeitsmatrix wurde in diesem Forschungsprojekt um die Ergebnisse der bainitischen Zustände ergänzt. Zudem wurde der Einfluss unterschiedlicher Legierungskonzepte auf die (Profil-) Schleifbarkeit untersucht. Hier zeigte sich eine aufsteigende Schleifbarkeit in der Reihenfolge 18CrNiMo7-6, 20MnCr5 und 15NiCr13. Die relevanten Mechanismen konnten in diesem Zusammenhang allerdings noch nicht identifiziert werden.

Auch wurden systematische experimentelle Untersuchungen zum kontinuierlichen Wälzschleifen durchgeführt, mit Hilfe derer sowohl grundlegende Aussagen zur (Wälz-) Schleifbarkeit der neuartigen Randschichtzustände als auch ein Produktivitätsvergleich in Abhängigkeit von Gefüge und gewähltem Shiftvorschub dargestellt werden konnten.

Anhand der umfassenden Analyse der Randzonenbeeinflussung durch den Schleifprozess durch metallographische und röntgenografische Methoden wurde aufgezeigt, dass insbesondere für neuartige Randschichtzusammensetzungen es weiterhin zwingend erforderlich ist, mehrere Verfahren zur Bestimmung eventueller Randschichtschädigungen aufgrund des Schleifens heranzuziehen, um eine fehlerhafte Bewertung der verschiedenen Zustände zu vermeiden.