Kryogenes Festwalzen von austenitischen Stählen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Ekkard Brinksmeier
• Subject Area: Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
• Term: from 2010 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 166981098

Ein neuartiges, in die Werkzeugmaschine integrierbares Verfahren zur Herstellung von randschichtgehärteten Bauteilen ist in den letzten Jahren erfolgreich am IWT Bremen erforscht worden. Hierbei werden metastabil austenitische Stähle durch eine rein mechanische Bearbeitung spannungsinduziert martensitisch randschichtgehärtet. Die für die Gefügeumwandlung von Austenit zu Martensit erforderliche Auslösespannung σA wird durch rein mechanische Prozesse wie Kugelstrahlen oder Festwalzen eingebracht. Durch den möglichen Wegfall einer abschließenden Wärmebehandlung sowie der Hartfeinbearbeitung besitzt das Verfahren ein großes Potential herkömmliche Prozessketten durch Prozessintegration in der Werkzeugmaschine zu verkürzen. In seiner ursprünglichen Form weist dieses Verfahren jedoch einige Limitierungen auf, welche die Übertragung der Ergebnisse in die Praxis einschränken. Für das mechanisch induzierte Härten wird ein sehr enges Fenster an Gefügestabilität benötigt, da das Material durch die im Zerspanprozess herrschenden Kräfte und Spannungen nicht oder nur minimal umwandeln soll, anschließend jedoch durch das Aufbringen mechanischer Lasten größere Mengen an Martensit in der Randschicht gebildet werden sollen. Die Zielsetzung dieses Vorhabens ist es daher, das Verfahren der spannungsinduzierten Martensitumwandlung zur Randschichthärtung derart zu erweitern, dass es auf ein breiteres Werkstoffspektrum angewendet werden kann. Dies soll durch eine Überlagerung von thermischen und mechanischen Effekten erreicht werden. Eine Kombination eines Festwalzprozesses mit einer in-prozess Kühlung der Randschicht („Frostwalzen“) führt zu der Arbeitshypothese, dass bei kryogenen Bedingungen a) stabilere (und damit besser zu zerspanende) Werkstoffzustände für die hier beschriebene Randschichthärtung verwendet werden können und b) ggf. mit geringeren Festwalzkräften gearbeitet werden kann, was die Gefahr des Werkstoffversagens während des Walzprozesses deutlich reduzieren würde. Die wissenschaftliche Herausforderung liegt hierbei in einer Überlagerung von zwei Effekten, welche die zur martensitischen Transformation notwendige Energie beeinflussen. Durch die kryogene Behandlung wird die Aktivierungsenergie herabgesetzt, welche mechanisch induziert in Form von Spannungen aufgebracht werden muss.

• DFG Programme: Research Grants