Tailor-made steels for high performance gearbox components

Diese Arbeit analysiert die Möglichkeiten, Aluminium und Kupfer als Legierungselemente in dem Einsatzstahl 18CrNiMo7-6 (AISI4820) und dem Wälzlagerstahl 100Cr6 (SAE52100) mit den folgenden zwei Zielen zu verwenden: (i) Einstellung einer feinen Mikrostruktur, die die notwendige hohe Festigkeit und Zähigkeit für Wälzlager- und Getriebeanwendungen besitzt;(ii) selektive Aktivierung von Mechanismen zur Festigkeitssteigerung, die das lokale Verfestigungsvermögen der Stähle erhöhen. Auf diese Weise kann eine Werkstoffmatrix eingestellt werden, die lokale Spannungsspitzen in der Umgebung von nichtmetallischen Einschlüssen durch lokale plastische Verformung abbaut. Als Folge kann das Werkstoffverhalten von hochbeanspruchten Wälzlagern und Zahnrädern unter Wälzkontaktermüdung verbessert, die Rissbildung verzögert und die Lebensdauer dieser Getriebekomponenten erhöht werden. Bei den Legierungskonzepten soll Kupfer Bei den Legierungskonzepten soll Kupfer zur Ausscheidungshärtung durch nanometergroße Kupfer-Ausscheidungen führen, während Aluminium in 100Cr6 eine Erhöhung der Festigkeit durch Bildung der kappa-Phase hervorrufen und das lokale Auftreten eines TRIP-Effekts in 18CrNiMo7-6 und 100Cr6 auslösen soll. Sechs Stähle wurden im Labormaßstab hergestellt und in einer industrienahen Prozesskette verarbeitet. Die mechanischen Eigenschaften der modifizierten Stähle wurden untersucht. Das monotone Verfestigungsverhalten der Stähle wurde sowohl qualitativ als auch quantitativ bewertet. Um Mikrostruktur-Eigenschaftskorrelationen zu erstellen, wurde eine skalenübergreifende Gefügeanalyse durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass Aluminium und Kupfer erfolgreich für das Gefüge-Engineering bei hochfesten Schmiedestählen für Getriebekomponenten eingesetzt werden können.