Legierungs- und Prozessdesign zur ressourceneffizienten Herstellung von Getriebekomponenten für die Hochtemperaturaufkohlung

Einsatzgehärtete Bauteile für Großgetriebe werden häufig aus dem Einsatzstahl 18CrNiMo7-6 gefertigt. Wie in jedem Produktionsbereich ist es ein fortwährendes Ziel, Produktionskosten zu Gunsten einer erhöhten Wettbewerbsfähigkeit zu senken. Aus werkstofftechnischer Sicht können einerseits Legierungsgehalte der kostenintensiven Elemente wie Nickel und Chrom reduziert werden und andererseits kann im Bereich der Wärmebehandlung eine höhere Einsatzhärtetemperatur, mit dann verkürzter Prozesszeit, angestrebt werden. In beiden Fällen muss sichergestellt sein, dass die technologischen Eigenschaften erhalten bleiben und bei der Wärmebehandlung keine Degradation durch eine unzulässige Kornvergröberung auftritt.

In Teil 1 der Arbeit werden Legierungen mit reduzierten Nickel- und Chromgehalten hinsichtlich ihrer Eigenschaften behandelt. Die Legierungen sind so eingestellt, dass sich trotz verringerter Nickel- und Chromgehalte äquivalente Härtbarkeiten und Umwandlungseigenschaften, im Vergleich zum Stahl 18CrNiMo7-6, ergeben.

Teil 2 befasst sich mit dem Kornwachstum während des Einsatzhärtens. Eine unzulässige Kornvergröberung kann durch geeignete Mikrolegierungen verhindert werden, sofern eine auf die Legierung angepasste thermische Vorbehandlung vorgenommen wird. In dieser Arbeit werden zudem konkrete Zahlenwerte für die rücktreibende Kraft nach Zener vorgestellt, die in Abhängigkeit der Aufkohlungstemperatur eine Stabilisierung gewährleisten. Für ausgewählte Legierungen werden in der vorliegenden Arbeit bei entsprechend angepasster Prozessierung Feinkornstabilitäten bis 1100 °C erreicht.

Teil 3 beschäftigt sich mit der Mikrolegierung des Selten-Erd-Metalls Cer. Untersucht werden ausgewählte Eigenschaften und insbesondere die Wechselwirkung mit einer Nb-Legierung.