TY - THES

T1 - Thermochemische Behandlungen von Einsatzstählen für den Getriebebau

AU - Lechleitner, Julia

N1 - gesperrt bis 01-10-2025

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Komponenten für den Getriebebau sind immer höher werdenden Belastungen ausgesetzt. Seit jeher ist es das Bestreben innovativer Automobilhersteller, noch leistungsfähigere Stahldesigns und effizientere Herstellungsrouten für Getriebekomponenten zu konzipieren. Die Fragestellungen dieser Diplomarbeit gehen auf ebendiese Thematiken ein: wie ist das Legierungskonzept des Einsatzstahls auszulegen und wie muss die thermochemische Behandlung ausgelegt sein, um das Potential eines Legierungskonzepts vollends auszuschöpfen? Einleitend werden im Theorieteil konventionelle thermochemische Wärmebehandlungen dem Plasmanitrieren und der Duplex Wärmebehandlung gegenübergestellt. Die Wirkungsweise der Legierungselemente Chrom, Molybdän und Kupfer, im Hinblick auf Ausscheidungsbildung und Festigkeitssteigerung, bilden den zweiten Teil der theoretischen Grundlagen. In der praktischen Versuchsdurchführung werden die legierten Einsatzstähle direktgehärtet und durchlaufen anschließend unterschiedliche Anlassbehandlungen. Die einsatzgehärteten und angelassenen Proben werden im Rahmen der Duplex Wärmebehandlung zusätzlich Plasmanitriert. Härtemessungen und lichtmikroskopische Untersuchungen charakterisieren den Kern und die aufgehärteten Randzonen und geben Rückschlüsse auf die beim Anlassen und Nitrieren generierten Aufhärteeffekte. Ergänzend werden die gehärteten Randbereiche mittels Glimmentladungsspektroskopie (GDOES) analysiert, der Restaustenit (RA) mit dem Röntgendiffraktometer (XRD) quantifiziert und vorliegende Karbide und Nitride im Rasterelektronenmikroskop (REM) mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) charakterisiert. Aus den gewonnenen Ergebnissen geht hervor, dass die maximal erreichbare Randhärte der untersuchten Stähle im Zuge der durchgeführten Testmatrix nicht erreicht worden ist. Eine Glühdauer von 2h ist zu gering, um den vorliegenden RA umzuwandeln oder um eine Aufhärtung infolge von Ausscheidungshärten zu verifizieren. Glühdauern von 24h und länger erwirken eine Entfestigung. Bei Anlasstemperaturen >400°C und in einem Zeitfenster von 2 bis 12 Stunden, kommt es zu den gewünschten Ausscheidungshärteeffekten wenn ausreichend Molybdän in der Legierung vorliegt. Der kohlenstoffarme Kern zeigt aufgrund des Chromanteils ebenfalls Aufhärteeffekte. Die Kernhärte kann daher selbst bei einem 520°C/30h Nitriervorgang über dem geforderten Härteniveau gehalten werden. Mit dieser sequenziellen Nitrierung im Zuge der Duplex Wärmebehandlung wird eine Randhärtesteigerung von ca. 30% erzielt. Durch ein Absenken des Kohlenstoffgehaltes hat die Duplex Wärmebehandlung das Potential diese Härtesteigerung noch weiter auszubauen.

AB - Komponenten für den Getriebebau sind immer höher werdenden Belastungen ausgesetzt. Seit jeher ist es das Bestreben innovativer Automobilhersteller, noch leistungsfähigere Stahldesigns und effizientere Herstellungsrouten für Getriebekomponenten zu konzipieren. Die Fragestellungen dieser Diplomarbeit gehen auf ebendiese Thematiken ein: wie ist das Legierungskonzept des Einsatzstahls auszulegen und wie muss die thermochemische Behandlung ausgelegt sein, um das Potential eines Legierungskonzepts vollends auszuschöpfen? Einleitend werden im Theorieteil konventionelle thermochemische Wärmebehandlungen dem Plasmanitrieren und der Duplex Wärmebehandlung gegenübergestellt. Die Wirkungsweise der Legierungselemente Chrom, Molybdän und Kupfer, im Hinblick auf Ausscheidungsbildung und Festigkeitssteigerung, bilden den zweiten Teil der theoretischen Grundlagen. In der praktischen Versuchsdurchführung werden die legierten Einsatzstähle direktgehärtet und durchlaufen anschließend unterschiedliche Anlassbehandlungen. Die einsatzgehärteten und angelassenen Proben werden im Rahmen der Duplex Wärmebehandlung zusätzlich Plasmanitriert. Härtemessungen und lichtmikroskopische Untersuchungen charakterisieren den Kern und die aufgehärteten Randzonen und geben Rückschlüsse auf die beim Anlassen und Nitrieren generierten Aufhärteeffekte. Ergänzend werden die gehärteten Randbereiche mittels Glimmentladungsspektroskopie (GDOES) analysiert, der Restaustenit (RA) mit dem Röntgendiffraktometer (XRD) quantifiziert und vorliegende Karbide und Nitride im Rasterelektronenmikroskop (REM) mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) charakterisiert. Aus den gewonnenen Ergebnissen geht hervor, dass die maximal erreichbare Randhärte der untersuchten Stähle im Zuge der durchgeführten Testmatrix nicht erreicht worden ist. Eine Glühdauer von 2h ist zu gering, um den vorliegenden RA umzuwandeln oder um eine Aufhärtung infolge von Ausscheidungshärten zu verifizieren. Glühdauern von 24h und länger erwirken eine Entfestigung. Bei Anlasstemperaturen >400°C und in einem Zeitfenster von 2 bis 12 Stunden, kommt es zu den gewünschten Ausscheidungshärteeffekten wenn ausreichend Molybdän in der Legierung vorliegt. Der kohlenstoffarme Kern zeigt aufgrund des Chromanteils ebenfalls Aufhärteeffekte. Die Kernhärte kann daher selbst bei einem 520°C/30h Nitriervorgang über dem geforderten Härteniveau gehalten werden. Mit dieser sequenziellen Nitrierung im Zuge der Duplex Wärmebehandlung wird eine Randhärtesteigerung von ca. 30% erzielt. Durch ein Absenken des Kohlenstoffgehaltes hat die Duplex Wärmebehandlung das Potential diese Härtesteigerung noch weiter auszubauen.

KW - Einsatzhärten

KW - Aufkohlen

KW - Nitrieren

KW - Duplex Wärmebehandlung

KW - Zahnrad

KW - Ausscheidungshärten

KW - case hardening

KW - carborizing

KW - nitriding

KW - duplex heat treatment

KW - gear

KW - precipitation hardening

M3 - Masterarbeit

ER -