TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT
Dr.-Ing.
Stefanie Hoja
ist wissenschaftliche
Mitarbeiterin
in
der Abteilung
Wärmebehandlung
am
Leibniz
Institut
für Werkstofforientierte
Technologien
(IWT) in Bremen
Dr.-Ing.
Matthias Steinbacher
leitet
die Abteilung
Wärmebehandlung
am Leibniz
Institut
für
Werkstofforientierte
Technologien
(IWT) in Bremen
Um den hohen
Beanspruchungen
bei der Warmmassivumformung
zu begegnen,
werden
die Oberflächen
und Randbereiche
der eingesetzten
Werkzeuge
nitriert
1-4. In früheren Untersuchungen
wurde der Einfluss
der Nitrierparameter
auf die Werkzeuglebensdauer
und den Werkzeugverschleiß
untersucht
5.
Dabei zeigte sich, dass der Verschleiß
an den kritischen
Stellen
im Bereich
einiger
Millimeter,
das heißt deutlich
über der Nitrierhärtetiefe
lag. Die Untersuchungen
haben ferner
gezeigt,
dass
der Verschleißfortschritt
sich erheblich
beschleunigt,
wenn der
nitrierte
Randbereich
bis zu der Tiefe
der Nitrierschicht
abgetragen
ist, da der Werkstoff
unterhalb
der Nitrierschicht
keine ausreichende
Warmfestigkeit
und Verschleißbeständigkeit
besitzt.
Eine Erhöhung
der Nitrierhärtetiefe
ist jedoch
in den meisten
Fällen
durch eine lange Behandlungsdauer
unwirtschaftlich.
Eine
weitere
Möglichkeit
zur Erzeugung
hoher
Härtetiefen
in wirtschaftlichen
Prozessdauern
ist das Carbonitrieren,
bei dem die
Eindiffusion
der Elemente
Stickstoff
und Kohlenstoff
bereits
während
des Austenitisierens
erfolgt
6. Das Carbonitrieren
wird üblicherweise
für Bauteile
wie Wellen
und Zahnräder,
Kolben,
Walzen
und Lager
aus unlegierten
und niedrig
legierten
Einsatzstählen
sowie
Automaten
und Baustählen
mit Kohlenstoffgehalten
unter
0,2 Prozent
angewendet,
um deren Randschicht
eine wesentlich
höhere
Härte
und Einhärtbarkeit,
einen erhöhten
Verschleißwiderstand,
eine höhere
Dauerfestigkeit
sowie eine
höhere
Anlassbeständigkeit
zu verleihen
und kostspieligere
höher
legierte
Werkstoffe
zu ersetzen
7. Das Carbonitrieren
birgt
aber auch Potenzial
für höher
legierte
Stähle
wie Kalt- und Warmarbeitsstähle
8-10. Beim Carbonitrieren
von Warmarbeitsstählen
besteht
durch den hohen
Legierungsanteil
die Möglichkeit,
schwerpunktmäßig
feinverteilte
Sondernitride
und Sondercarbonitride
Dr.-Ing.
Heinrich Klümper-Westkamp
ist Gruppenleiter
Sensorik
in der
Abteilung
Wärmebehandlung
am
Leibniz
Institut
für Werkstofforientierte
Technologien
(IWT) in Bremen
Prof. Dr.-Ing.
Hans Werner Zoch
ist Geschäftsführender
Direktor
des Leibniz
Instituts
für Werkstofforientierte
Technologien
(IWT) in
Bremen
der Legierungselemente
auszuscheiden,
die den Verschleißwiderstand
steigern
und temperaturstabil
sind.
Das übergeordnete
Ziel der vorliegenden
Untersuchungen
war,
den Verschleißwiderstand
von Schmiedegesenken
für die Massivumformung
durch eine speziell
entwickelte
Wärmebehandlung
zu erhöhen
und dadurch
die Lebensdauer
der Gesenke
zu
steigern.
Um tiefere
Randbereiche
der Gesenke
wirtschaftlich
mit höherem
Verschleißwiderstand
auszustatten,
wurde
ergänzend
oder als Alternative
zum Nitrieren
ein Carbonitrierverfahren
für diese
Anwendung
entwickelt
und erprobt.
WÄRMEBEHANDLUNG
Die Temperaturen
beim Carbonitrieren
betragen
üblicherweise
780 bis 900 °C, da in diesem
Temperaturbereich
der Stickstoffspender
Ammoniak
(NH3) noch ausreichend
wirksam
ist und der
Kohlenstoff
oberhalb
AC3 noch ausreichende
Löslichkeit
aufweist.
Abhängig
von der AC3-Temperatur
des zu carbonitrierenden
Werkstoffs
muss die Prozessführung
beim Carbonitrieren
gewählt
werden.
Beim Untersuchungswerkstoff
X38CrMoV5-3
(1.2367) liegt die AC3-Temperatur
oberhalb
der typischen
Temperaturen
beim Carbonitrieren.
Die vollständige
Auflösung
der
Sondercarbide,
die für die Sekundärhärtung
notwendig
ist, erfolgt
erst bei Temperaturen
über 1.000 °C. Da bei so hohen
Temperaturen
aufgrund
des hohen
NH3-Zerfalls
ein Carbonitrieren
kaum möglich
ist, muss bei diesen
Werkstoffen
ein zusätzlicher
Wärmebehandlungsschritt
vor oder nach dem Carbonitrieren
zum Auflösen
der Carbide
durchgeführt
werden.
Die Reihenfolge
der Prozessschritte
Carbonitrieren
und Auflösen
der Carbide
hat
einen wesentlichen
Einfluss
auf die Ausscheidungsstruktur
der
carbonitrierten
Randschicht.
Abhängig
von der gewählten
ProAUTOREN
massivUMFORMUNG | MÄRZ 2018 59