Kornwachstumsverhalten des Einsatzstahles 20NiMoCr6-5 + Nb (VW 4521 + Nb) für Getriebeteile beim Hochtemperaturaufkohlen*

Kurzfassung

Aus Gründen der Kostenersparnis sollte der in großen Mengen verarbeitete Einsatzstahl VW 4521 (20NiMoCr6-5, 1.6757) statt bei 980 °C 4 h bei 1050 °C 2,5 h aufgekohlt werden. Aufgrund neuerer Erkenntnisse zur Feinkornstabilisierung wurde entschieden, dass eine Zulegierung mit Niob erfolgen sollte. Die Weiterverarbeitung einer Industrieschmelze zu ausgewalztem Stabstahl wurde über Glühen auf ferritisch-perlitisches Gefüge (FP-Glühen) zum Kaltmassivumformen und alternativ über Warmschmieden mit gesteuerter Abkühlung durchgeführt. Vor Beginn der Einsatzbehandlung der Getriebeteile im Betrieb wurden Simulationen im Labor zu diesem Prozess zur begleitenden Absicherung des Behandlungserfolges angestellt. Der neue Stahl VW 4521 + Nb erwies sich bei der erhöhten Aufkohlungstemperatur als feinkornbeständig und dem Standardstahl überlegen. Im Betriebsdurchlauf konnte die Ofentaktzeit um etwa 50% erhöht werden. Die Überprüfung von Maßabweichungen und Verzügen zeigte eine weitere Überlegenheit hinsichtlich einer deutlichen Reduzierung und damit einer Verringerung von Nacharbeiten. Die intensive projektbegleitende Zusammenarbeit zwischen Hersteller des Rohstahles, Zwischenverarbeiter und Automobilhersteller sowie der Labor-Simulation der anzuwendenden Prozesse hat sich als hochwertig im Sinne der Qualitätssicherung in der Wärmebehandlung erwiesen. Das Projekt konnte in nur 21 Monaten nach der ersten Anfrage erfolgreich abgeschlossen werden.

Abstract

For reasons of economy it was proposed to carburize case hardening steel VW 4521 (20NiMoCr6-5, 1.6757), which is widely used at 1050 °C for 2,5 h instead of at 980 °C for 4 h. In accordance with recent research on fine grain stabilization it was decided that nobium should be added. The processing to rolled steel bars was carried out by FP annealing and cold forging or, as an alternative, by hot forging and controlled cooling. Before commencing case hardening of the gear components on a production basis, process simulations were carried out in the laboratory in order to ensure the success of this treatment. The new steel VW 4521+Nb, which was carburized at the higher temperature, proved to have good fine grain stability and to be superior to standard steel. In production, the furnace throughput could be increased by about 50%. Measurements indicated that dimensional variations and distortion were significantly reduced which meant less rework. The close cooperation in the project between the crude steel maker, the intermediate processor and the automotive component manufacturer, as well as the simulation in the laboratory proved to be highly effective in terms of quality assurance in the heat treatment phase. Just 21 months after the first enquiry the project was successfully completed.