Wärmebehandlung

Carbonitrieren verbessert Eigenschaften von Zahnrädern

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Bild 3: Einfluss des Restaustenitgehalts auf die Umlaufbiegefestigkeit carbonitrierter Proben [7]. (Archiv: Vogel Business Media)

Wird bei carbonitrierten Stählen der Restaustenitgehalt erhöht, nimmt die Dauerfestigkeit in der Umlaufbiegeprüfung zu (Bild 3) [7]. An einsatzgehärteten Stählen wurde dagegen mit steigendem Restaustenitanteil übereinstimmend ein deutlicher Abfall der Umlaufbiegefestigkeit [8 und 9] oder der Dauerschwellfestigkeit [10] festgestellt. Die Restaustenitanteile in den zitierten Untersuchungen wurden über den Randkohlenstoffgehalt oder die Wärmebehandlung variiert. In [8] wird der Unterschied hinsichtlich der Umlaufbiegefestigkeit zwischen carbonitrierten und einsatzgehärteten Stählen auf die unterschiedliche Erzeugung und Stabilisierung des Restaustenits aufgrund der Carbonitrierbehandlung zurückgeführt.

Dauerschwingfestigkeit sinkt bei Bauteilen mit randoxidierten Oberflächen

Bild 4: Einfluss der Zahnfußoberflächenhärte auf die Zahnfuß-Dauerfestigkeit [14]. (Archiv: Vogel Business Media)

Die Herabsetzung der Dauerschwingfestigkeit, die bei Bauteilen mit randoxidierten Oberflächen auftritt, wird in der Literatur oft der herabgesetzten Härtbarkeit durch das Abbinden der Legierungselemente und den dadurch auftretenden nichtmartensitischen Gefügebestandteilen angelastet [11 bis 13]. In [14] sind die Zahnfuß-Dauerfestigkeiten randoxidierter Zahnräder über den jeweils niedrigsten gemessenen Oberflächenhärtewerten aus Versuchen [15] aufgetragen. So erhält man einen direkten Zusammenhang zwischen der Oberflächenhärte und der Zahnfuß-Dauerfestigkeit (Bild 4).

In der gleichen Darstellung sind auch Ergebnisse für carbonitrierte Zahnräder zu sehen, bei denen die Ausgleichsgerade eine größere Steigung hat. Ein zusätzliches Eindiffundieren von Stickstoff bewirkt, dass die Härtbarkeit der Randschicht wieder angehoben und der Restaustenit stabilisiert wird.

Verlängerte Lebensdauer der Zahnflanken

In [16] wird eine erhebliche Steigerung der Grübchentragfähigkeit von Zahnrädern mit hohem Restaustenitgehalt im Randgefüge festgestellt. Bei einem Vergleich unterschiedlicher Gefüge, die während einer Aufkohlung auftreten können, wurden mit erhöhten Restaustenitanteilen die besten Ergebnisse erzielt. Als wesentliche Gründe für den positiven Einfluss des Restaustenits auf die Lebensdauer von Zahnflanken werden die Verfestigung des Restaustenits unter Belastung und der damit verbundene Abbau von Spannungsspitzen angesehen.

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