Randschichtgefüge aufgekohlter und bainitisch umgewandelter Bauteile und deren Festigkeitseigenschaften* – Teil 1: Untersuchungen des Umwandlungsverhaltens Translated title: Microstructure of Carburized and Austempered Parts and their Mechanical Properties – Part 1: Investigation of the Transformation Behavior

Kurzfassung

Hoch belastete Bauteile wie Zahnräder werden zumeist einsatzgehärtet, um die spezifische Beanspruchbarkeit an der Zahnflanke und im Zahnfuß einzustellen. Der Wärmebehandlungsprozess umfasst hier Aufkohlen, gefolgt von Abschrecken auf RT in gasförmigen oder flüssigen Medien. Das Ergebnis der Wärmebehandlung ist in den meisten Fällen ein vornehmlich martensitisches Gefüge. Die Vorgaben für das Gefüge der Randschicht sehen üblicherweise ein Mischgefüge aus Martensit und fein verteilten Restaustenit sowie weitestgehend eine Freiheit von Carbidausscheidungen und diffusionsgesteuert gebildeten Gefügen wie Ferrit, Perlit oder Bainit vor. Insbesondere eine isothermische Umwandlung des aufgekohlten Bauteils in der unteren Bainitstufe verspricht jedoch aufgrund der gesteigerten Zähigkeit des Bainits gegenüber dem hoch kohlenstoffhaltigen Martensit Vorteile für die mechanischen Kennwerte so behandelter Bauteile. Möchte man dieses Verfahren beim „Einsatzhärten“ anwenden, sind aufgrund der bainitischen Umwandlung weitere Veränderungen im Prozess notwendig. So müssen in Abhängigkeit von der zuvor durchgeführten Aufkohlung und dem dabei eingestellten Randkohlenstoffgehalt die Umwandlungstemperatur und -dauer angepasst werden. Die Festlegung der Parameter setzt voraus, dass das Umwandlungsverhalten bekannt ist oder universell verwendete Parameter trotz einer damit verbundenen Gefügevariation im Ergebnis keinen maßgeblichen Einfluss auf die Festigkeitskennwerte nehmen. Die Ergebnisse und mechanischen Kennwerte wurden systematisch untersucht und werden hier vorgestellt und diskutiert.

Abstract

Today case hardening by martensitic transformation of highly stressed parts like gear wheels is state of the art, to meet the specific load demands at flank and tooth root. The heat treatment itself is typically including a carburization and quenching step in liquids or in gaseous media. The result of the heat treatment of gear wheels is a mainly martensitic microstructure. The typical requirement for the microstructure in the surface near case is a well balanced mixture of dispersed retained austenite and martensite. Hard intermediate phases like cementite or other carbides as well as diffusion controlled transformation products like ferrite, perlite and bainite are objectionable. Particularly a bainitic transformation into lower bainite is deemed to deliver superior ductility compared to a mainly martensitic microstructure. Among the changed quenching technology in hot bathes additional knowledge is needed to handle the bainitic transformation. For instance the bainitic transformation and its parameter show a strong dependency on the results of the prior carburization and its parameters namely the surface carbon content. A governance of these parameters requires good knowledge about the process window of the transformation to produce the expected microstructure. Alternatively universal parameters could be applied if there was knowledge about the influence of deviating microstructure on the mechanical properties is known or neglectible. The investigation of these contiguities was systematically done by the means of extensive experimental work and will be presented and discussed in the following articles.