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Distortion Control by Innovative Heat Treating Technologies in the Automotive Industry*

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HTM Härtereitechnische Mitteilungen

Carl Hanser Verlag

10.3139/105.100400

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Abstract

The proper control of distortion after thermal treatment of powertrain components in the automotive industry is an important measure to secure a high part quality and to minimize subsequent hard machining processes, thereby reducing the overall production costs. Vacuum carburizing (low pressure carburizing) with subsequent high pressure gas quenching represents an innovative heat treatment technology to reduce the distortion in surface hardening processes. Vacuum carburizing is offering a high carbon transfer, which leads to a reduction of process time compared with atmospheric gas carburizing. The use of oxygen-free hydrocarbons prevents surface oxidation on the part surface. High pressure gas quenching is a dry quenching method and has many important ecological and economical advantages compared with liquid quenching. The most significant advantage of gas quenching is a very uniform heat transfer. The predictability of movement during quenching is more certain and uniform throughout the load, thereby reducing hard machining costs. Further improvements can be achieved by using “Dynamic Quenching” processes where the quenching severity is varied during quenching by stepwise control of either gas velocity or gas pressure. Proper fixturing is another factor to control the distortion of the parts. Modern carbon composite materials are well suited for gas quenching due to their good high temperature deformation resistance combined with low thermal mass. To carry out vacuum carburizing with high pressure gas quenching in a cost-effective way, furnace systems are available which guarantee a high throughput and can be sized to various process and production demands.

Kurzfassung

Die Reduzierung des Verzuges nach der Wärmebehandlung von Antriebskomponenten in der Automobilindustrie ist eine wichtige Maßnahme, um einerseits eine hohe Bauteilqualität sicherzustellen und andererseits die nachfolgenden Hartbearbeitungsschritte zu reduzieren, um damit die Gesamtherstellungskosten zu senken. Die Vakuumaufkohlung (Niederdruckaufkohlung) mit nachfolgender Hochdruck-Gasabschreckung stellt eine dieser innovativen Wärmebehandlungstechnologien dar, die das Potenzial besitzt, den Verzug von Antriebskomponenten beim Einsatzhärten signifikant zu reduzieren. Die Vakuumaufkohlung ermöglicht eine hohe Kohlenstoffübertragung, was zu einer Prozesszeitverkürzung gegenüber der atmosphärischen Gasaufkohlung führt. Die Verwendung sauerstofffreier Kohlenwasserstoffe verhindert eine Randoxidation an der Bauteiloberfläche. Die Hochdruck-Gasabschreckung ist eine trockene Abschrecktechnik mit vielen ökologischen und ökonomischen Vorteilen im Vergleich zur flüssigen Abschreckung. Der größte Vorteil der Gasabschreckung stellt der sehr gleichmäßige Wärmeübergang dar. Der Verzug während der Abschreckung ist vorhersagbarer und gleichmäßiger über der gesamten Charge, wodurch sich die Hartbearbeitungskosten reduzieren lassen. Eine weitere Verbesserung ergibt sich durch die Anwendung des dynamischen Abschreckens, wobei die Abschreckintensität während des Abschreckprozesses durch eine stufenweise Änderung der Gasgeschwindigkeit und des Gasdrucks variiert wird. Eine geeignete Chargierung ist ein weiterer Faktor zur Reduzierung des Verzuges. Moderne Werkstoffe für Chargenträger, wie carbonfaserverstärkte Kohlenstoffe, eignen sich hervorragend für die Gasabschreckung hinsichtlich ihrer Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und ihrer niedrigen thermischen Masse. Zur wirtschaftlichen Durchführung von Vakuumaufkohlungs- und Gasabschreckprozessen sind geeignete Anlagensysteme verfügbar, die einen hohen Durchsatz garantieren und flexibel verschiedenen Prozess- und Produktionsanforderungen angepasst werden können.

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Neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Hoch-druck-Gasabschreckung. HTM Z. Werkst. Waermebeh. Fertigung

Author and article information

Author notes
[*] Revised lecture held by K. Loeser at the 15th Int. Conf. IFHTSE and SMT 20, September 25–29, 2006, in Vienna/Austria.
Dr.-Ing. Klaus Loeser, born in 1959, studied Mechanical Engineering and received a PhD as scientific assistant at the Institute of Materials Science of the Technical University in Darmstadt. He is the Director of the R&D-department of ALD Vacuum Technologies GmbH, Hanau.
Dr.-Ing. Volker Heuer, born in 1970, studied Metallurgy and Materials Technology at the RWTH Aachen. He received his PhD as a scientific assistant at the TU Bergakademie Freiberg. He is a Development Engineer in the R&D-department of ALD Vacuum Technologies GmbH, Hanau.
Donald R. Faron, born in 1952, studied Metallurgy and Materials Engineering at the New Mexico Institute of Technology (BS) and Northwestern University (MS). He is lead materials engineer of the central manufacturing department at General Motors owertrain (automatic transmissions).
Journal
htmd
HTM Härtereitechnische Mitteilungen
Carl Hanser Verlag
0341-101X
2194-1831
2006
: 61
: 6
: 326-329
© 2006, Carl Hanser Verlag, München
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References: 7, Pages: 4
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Fachbeiträge/Technical Contributions
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