Wärmebehandlung

Carbonitrieren verbessert Eigenschaften von Zahnrädern

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Bild 5: Einfluss des Restaustenitgehalts auf die Wälzlagerlebensdauer r/C, auch bei verschmutzten Schmierstoffen [17 und 18]. Bilder: IWT (Archiv: Vogel Business Media)

In [17] wird an Wälzlagern aus dem Werkstoff 100Cr6 gezeigt, dass erhöhte Restaustenitgehalte bei verschmutztem Schmierstoff und Wälzbeanspruchung lebensdauersteigernd sind (Bild 5). Der duktile Restaustenit wirkt dabei einer Belastungskonzentration entgegen und verlangsamt die Entstehung und die Fortpflanzung von Mikrorissen unter Umwandlung in Martensit.

Gefügeanteil von Restaustenit und globularen Carbiden wichtig

Besondere Bedeutung wird in der zitierten Veröffentlichung dem richtigen Verhältnis der Gefügeanteile von Restaustenit und globularen Carbiden zugeordnet. Ein Grund dafür ist, dass eine Mindestoberflächenhärte bei Wälzbeanspruchung nicht unterschritten werden darf.

Hochbeanspruchte Zahnräder werden in der Regel einsatzgehärtet. Ziel ist dabei die Erzeugung einer verschleißfesten Oberfläche und eines zähen Kerns, um die sich widersprechenden Anforderungen einer hohen Zahnfußdauerfestigkeit und einer hohen Flankentragfähigkeit zu erfüllen. In verschiedenen Untersuchungen zu Eigenschaften carbonitrierter Stähle im Vergleich zu einsatzgehärteten Stählen wird eine Steigerung der Dauerfestigkeit sowohl unter biegender als auch unter Wälzbeanspruchung gefunden.

Aus diesem Grund verspricht eine optimierte Carbonitrierung von Zahnrädern eine weitere Verbesserung der Gebrauchseigenschaften. Die Auswirkungen unterschiedlicher Verfahren der Carbonitrierbehandlung auf die Zahnfußdauerfestigkeit und die Zahnfußtragfähigkeit werden derzeit in einem laufenden Forschungsvorhaben in der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. untersucht [19].

Literatur

[1] Börnecke, K., W. Käser und H. Rösch: Grundlagenversuche zur Ermittlung der richtigen Härtetiefe bei Wälz- und Biegebeanspruchung. In: FVA-Forschungsheft Nr. 36, Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. 1976.

[2] Tobie, T.: Einfluss der Einsatzhärtetiefe auf die Grübchen- und Zahnfußtragfähigkeit großer Zahnräder. FVA-Forschungsheft Nr. 622, Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. 2001.

[3] Meinhard, E.: Carbonitrieren – warum und wie? TZ für Metallbearbeitung 1982/10, S. 23–32.

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[8] Razim, C.: Über den Einfluss von Restaustenit auf das Festigkeitsverhalten einsatzgehärteter Probekörper bei schwingender Beanspruchung. Härterei-Techn. Mitt. 1968/1, S. 1–9.

[9] Beumelburg, W.: Das Verhalten von einsatzgehärteten Proben mit verschiedenen Oberflächenzuständen und Randkohlenstoffgehalten im Umlaufbiege-, statischen Biege- und Schlagbiegeversuch. Dissertation Universität Karlsruhe 1974.

[10] Brugger, H.: Werkstoff und Wärmebehandlungseinflüsse auf die Zahnfußtragfähigkeit. VDI-Berichte 1973/195, S. 135–144.

[11] Bierwirth, G.: Diskussionsbeitrag zum Vortrag S. Gunnarson. Härterei-Techn. Mitt. 1963/1, S. 9–10.

[12] Kozlovskii, I. S., A. T. Kalinin, A. Y. Novikaya, E. A. Lebedeva und A. I. Feofanova: Internal oxidation during case hardening of steels in endothermic atmospheres. Metal. Sci. Heat Treatment 1967/3-4, S. 157–161.

[13] Priegnitz, H., und J. Wyszkowski: Einfluss der Korngröße des ehemaligen Austenitkorns und der Randoxidation auf einige Eigenschaften von einsatzgehärteten CrMn- und Cr-Stählen. Härterei-Techn. Mitt. 1970/2, S. 85–92.

[14] Parrish, G.: Carburising – Microstructure and Properties. OH 44073-0002. ASM International, Materials Park. ISBN: 0-87170-666-0 (1999).

[15] Arkhipov, I. Y., und V. A. Kanunnikova: Residual Stresses in the Teeth of Quenched Gears. Met. Sci. Heat Treat. (USSR), 1970/11, S. 909–913.

[16] Razim, C.: Einfluss des Randgefüges einsatzgehärteter Zahnräder auf die Neigung zur Grübchenbildung. Härterei-Techn. Mitt. 1967/4, S. 317–329.

[17] Günther, D., F. Hoffmann und P. Mayr: Steigerung der Gebrauchsdauer von wälzbeanspruchten Bauteilen unter verschmutztem Schmierstoff. HTM 2004/2, S. 98–112.

[18] US-Patent: No. 5, 137, 375. Patentinhaber: Nippon Seiko K. K., Tokio JP, 11. August 1992.

[19] Steinbacher, M., und S. Lombardo: Carbonitrieren von verzahnten Getriebebauteilen. Laufendes Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (AVIF A235). Laufzeit bis 30. Juni 2009.

Prof. Dr.-Ing. Franz Hoffmann ist Leiter der Abteilung Wärmebehandlung im IWT Stiftung Institut für Werkstofftechnik in 28359 Bremen; Dr.-Ing. Brigitte Clausen und Dipl.-Ing. Matthias Steinbacher sind wissenschaftliche Mitarbeiter der Abteilung.

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