Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einflüsse auf die Ausbildung und Wirkung von Grobkorn in Al-N stabilisierten

Einsatzstählen

Die Tragfähigkeit von einsatzgehärteten Zahnrädern wird durch die Korngröße beeinflusst. Die Bewertung der tatsächlichen Tragfähigkeitsabweichungen in Abhängigkeit der Korngröße ist derzeit jedoch nicht möglich. Mit dem Ziel den Einfluss der Korngröße nach dem Einsatzhärten sicher zu bewerten, werden in diesem Projekt aktuelle Feinkornbaustähle aus der Gruppe der Einsatzstähle, deren Korngröße gezielt variiert wurde (Fein-, Misch- und Grobkorn), auf ihre Dauerfestigkeit und Zahnradtragfähigkeit untersucht. Weiterhin werden die Wirksamkeit von Therapiemaßnahmen bei den durch Grobkorn geschädigten Werkstoffen und die Technik des Nachweises der ehemaligen Austenitkorngröße erweitert.

Das Vorhaben wird in vier Arbeitspakete aufgeteilt: Analytik der Abschreckkorngröße (AP 1), Nachweis des Schwingfestigkeitsverlusts (AP 2), Therapie¬maßnahmen (AP 3) und Empfehlungen zur Korngrößenanalytik und Therapiemaßnahmen sowie Erweiterung Modellvorstellungen (AP 4). Dabei stellt die Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT-Bremen, FE 1) die wärmebehandlungstechnische Expertise und die Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG, Technische Universität München, FE 2) die verzahnungstechnische Expertise bereit.

Die resultierenden Ergebnisse führen zu einer Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit von KMU, die eine Wärmebehandlung im Bereich der Getriebeproduktion unter Verwendung von Feinkornbaustählen durchführen. Durch diese Stärkung der KMU durch Knowhow-Aufbau bei der Bewertung und des Kurierens von abweichenden Korngrößen nach der Wärmebehandlung, insbesondere der Einsatzhärtung, sind die Betriebe selbständig in der Lage das Risiko von Grobkorn einzuschätzen bzw. adäquate Therapiemaßnahmen zur Verminderung der potentiellen Tragfähigkeitseinbußen zu ergreifen. Durch eine Erweiterung des Stands des Wissens bzw. eine Erweiterung der Tragfähigkeitsberechnung ist eine genauere Zahnradauslegung möglich, was sich positiv auf die Stärkung der KMU auswirkt.

Ergebniszusammenfassung:

Das Forschungsvorhaben beschäftigte sich mit dem bekannten Problem von Grobkorn in einsatzgehärteten Bauteilen, liefert Aussagen zur allgemeinen Schwingfestigkeit von verschieden belasteten Prinzipbauteilen und insbesondere der Zahnradtragfähigkeit derartig wärmebehandelter Bauteile sowie zu möglichen Therapiemaßnahmen. Zu Beginn stand die Analytik der Abschreckkorngröße im Vordergrund. Hier wurde im Rahmen eines Ringversuches die Vergleichbarkeit der Auswertungen untersucht. Es kann festgehalten werden, dass die Ergebnisse aller Teilnehmer auf einem einheitlichen Niveau liegen und die Streuung relativ gering ist. Zusätzlich wurden unterschiedliche Ätzmittel untersucht. Hier stellte sich ein Ätzmittel als besonders effizient und kostengünstig heraus. Somit konnte ein entsprechender Beitrag zur Effizienz und Qualität der Korngrößenauswertung geleistet werden. Davon profitieren insbesondere auch KmU, da diese meist nicht die Möglichkeit haben, umfangreiche Variationen der Analytik selbst durchzuführen. In einem nächsten Schritt wurde an der Forschungsstelle 1 (IWT) umfangreich das Einstellen bestimmter Korngrößenverteilungen untersucht. Basierend auf den Ergebnissen konnten im Umkehrschluss Empfehlungen abgegeben werden, welche Vorwärmebehandlungen bzw. Temperaturführungen in der Praxis nicht durchgeführt werden sollten, da diese zu Grobkörnigkeit führen können. Bei den experimentellen Untersuchungen zum Einfluss der Korngröße auf die mechanischen Kennwerte zeigte sich ein deutlicher Einfluss der Korngröße auf die Schlagfestigkeit. Etwas weniger ausgeprägt war der Einfluss der Korngröße auf die Schwingfestigkeit (Biegeumlauf- und Torsionsprüfung). Im Bereich der Zahnfußtragfähigkeit von un- und reinigungsgestrahlten Zahnrädern konnte bei einer Ausfallwahrscheinlichkeit von 50% keine direkte Korrelation zwischen der Korngröße und der Tragfähigkeit festgestellt werden. Jedoch zeigten unterschiedliche Korngrößen deutliche Unterschiede bei der Streuung und damit bei der Standardabweichung. Dies führt zu einer "versteckten" Tragfähigkeitsminderung. Im Bereich der praktischen Anwendung steigt dadurch deutlich die Gefahr von Frühausfällen. Bei kugelgestrahlten Zahnrädern zeigt sich ein direkt nachweisbarer Einfluss auf die Zahnfußtragfähigkeit. In einem letzten Schritt wurden im Forschungsvorhaben Therapiemaßnahmen für Grobkorn untersucht. Hier konnten konkrete Empfehlungen für Therapiemaßnahmen bei vorhandenem Grobkorn gegeben werden. Die Ziele des Forschungsvorhabens wurden erreicht.