Kurzfassung
Eine Verkürzung der Prozesskette zur Herstellung von Hochleistungsbauteilen durch Präzisionsschmieden mit integrierter Wärmebehandlung und zerstörungsfreier Bauteilprüfung, wie sie im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 489 an der Universität Hannover entwickelt wird, bietet neue Möglichkeiten zur wirtschaftlichen Fertigung von hochbeanspruchten Maschinenbauteilen hoher Qualität. Neben der Verkürzung der Prozesskette durch das Präzisionsschmieden ist eine weitere Verkürzung erreichbar, wenn die Wärmebehandlung in die Prozesskette integriert und direkt aus der Schmiedewärme abgeschreckt und angelassen wird. Die unmittelbare zerstörungsfreie Erfassung relevanter Prozessparameter und Bauteileigenschaften im Prozessablauf ist dabei von wesentlicher Bedeutung für die Prozesssteuerung und Erreichung einer hohen Prozesssicherheit. Um Vergütungsstähle aus der Schmiedewärme randschichtzuhärten, wird der technologische Ansatz der Zweiphasen-Spraykühlung verfolgt. Durch die Anwendung eines Sprayfeldes zur Wärmebehandlung ist es möglich, einen sich aus dem Beanspruchungsprofil des Zahnrades und der geforderten Dauerfestigkeit ergebenden idealen Härte-Tiefenverlauf einzustellen. Zur schnellen zerstörungsfreien Bestimmung der Härtekennwerte, wie die Kernhärte, Randhärte und Einhärtungstiefe, im Verzahnungsbereich von Zahnrädern wurde die Harmonischen-Analyse von Wirbelstromsignalen mithilfe von FEM-Simulationen weiterentwickelt und an das Prüfproblem angepasst. Die dadurch möglich gewordene hochaufgelöste und gleichzeitig schnelle Erfassung der Härte im Verzahnungsbereich von Zahnrädern erlaubt eine gute Beurteilung der mittels Spraykühlung erzielten Aufhärtung von Bauteilfunktionsflächen. Die Beurteilung der Bauteileigenschaften sowie der Lebensdauer erfolgte durch die Prüfung präzisionsgeschmiedeter und konventionell gefertigter Zahnräder unter realistischen Betriebsbedingungen in einem Verzahnungsprüfstand unter Uml;aufprüfung.
Abstract
Within the scope of Collaborative Research Centre 489 “Process Chain for the Production of Precision Forged High Performance Components” components should be tempered directly out of the forging heat by spray quenching. A two-material nozzle field is being developed to adjust a component edge zone with defined edge hardness and hardness penetration depth. Preceding examinations showed the basic influence between distance, pressure and flow rate on the hardness result. The aim of this work was to figure out the influence of the nozzle arrangement on the hardness result. With the intention of equally hardened area sections knowledge about the nozzle distance between several nozzles and the distance between nozzles and heat treated component is now available. For a fast nondestructive determination of the local edge zone hardness the harmonic-analysis of eddy current signals was developed further on with the help of FEM simulation and was adapted to the testing problem. The further on developed harmonic-analysis of eddy current signals enables a high resolution and fast determination of hardness on plain and curved area sections and allows an exact judgement on the hardening of construction unit function surfaces by spray quenching. Precision forged and conventionally grinded gear wheels were tested in a transmission test bench at realistic operating conditions to evaluate the component properties and the life span.
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