Internal Intensive Quenching: Optimal Heat Treatment for inaccessible component areas
Final Report Abstract
Im Rahmen der Sachbeihilfe wurde das Wärmebehandlungsverfahren Internal Intensive Quenching auf Basis der vom Antragsteller geleisteten Vorarbeiten weiterentwickelt und ertüchtigt. Mit der aufgebauten Versuchsanlage war es schließlich möglich, zylindrische Proben mit Durchgangsbohrung von Innen Abzuschrecken und somit martensitisch zu Härten. Über die Regelung der inneren Abschreckwirkung und der Möglichkeit einer zeitgleichen äußeren induktiven Erwärmung der Proben konnten eine Vielzahl an Wärmebehandlungsstrategien entwickelt und umgesetzt werden. Zudem konnte über den Aufbau eines FE-Modells ein verbessertes Prozessverständnis aufgebaut werden und schließlich optimale Wärmebehandlungszustände, welche in einem gehärteten Randschichtzustand mit hohen Druckeigenspannungen resultieren, erarbeitet werden. Zum Aufbau des FE-Modells wurden umfangreiche dilatometrische Experimente zur Beschreibung der bainitischen Umwandlung und deren Auswirkung auf die Martensitumwandlung durchgeführt. So konnte die Bainitkinetik als auch die auftretende Umwandlungsdehnung und -plastizität für den Stahl 42CrMo4 mit Modellen aus der Literatur abgebildet werden. Über die Charakterisierung des Randschichtzustands und den Abgleich von Simulation und Experiment konnte schließlich das FE-Modell mit den implementierten Modellen zur Bainit- und Martensitbildung validiert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse konnten letztendlich auf den Stahl C45 übertragen werden, mit dem es möglich war, vielversprechende Randschichtzustände an Demonstratorbauteilen mit Querbohrung zu erzielen.
Publications
- A Comparative Study of Kinetic Models Regarding Bainitic Transformation Behavior in Carburized Case Hardening Steel 20MnCr5, Metallurgical and materials transactions / A, 1–14, 2018
Damon, J.; Mühl, F.; Dietrich, S.; Schulze, V.
(See online at https://doi.org/10.1007/s11661-018-5004-6) - Internal Quenching: Optimale Wärmebehandlung für schwerzugängliche Bauteilbereiche, HTM, Band 74, Ausgabe 3, 2019
Mühl, F., Dietrich, S., Schulze, V.
(See online at https://doi.org/10.3139/105.110382) - Experimental investigation and finite-element modeling of the short-time induction quench-and-temper process of AISI 4140, Journal of materials processing technology, 279, Article no: 116485, 2020
Kaiser, D.; Damon, J.; Mühl, F.; de Graaff, B.; Kiefer, D.; Dietrich, S.; Schulze, V.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116485)
