Investigations on the Hardness and Grain Size of Gears made out of Ultra-Clean Gear Steels after Case-Hardening

Abstract

Kurzfassung Härte und Korngröße von Zahnrädern aus hochreinen Zahnradstählen nach Einsatzhärtung und Kugelstrahlen wurden im Rahmen eines Forschungsprojekts untersucht, dessen Schwerpunkt auf der Bestimmung der Zahnfußtragfähigkeit von einsatzgehärteten, kugelgestrahlten Zahnrädern lag. Die häufigste Versagensart bei diesen hochfesten Zahnrädern ist der Zahnfußbruch, der durch eine Rissinitiierung unterhalb der Oberfläche an einem nicht-metallischen Einschluss verursacht wird (Bruchlinsenversagen, im Englischen: Fisheye failure). Neben solchen Einschlüssen sind auch die Härte und die Abschreckkorngröße dafür bekannt, dass sie einen erheblichen Einfluss auf die Tragfähigkeit eines Zahnrades haben. Um sicherzustellen, dass in diesem Forschungsprojekt ausschließlich der Einfluss von nicht-metallischen Einschlüssen untersucht wird, mussten mögliche Quereinflüsse ausgeschlossen, minimiert oder zumindest bekannt sein. Nach einem ungeeigneten Einsatzhärtungsprozess erreichen Zahnräder jedoch nicht die härtebezogenen Spezifikationen, oder Zahnräder aus Zahnradstählen mit hoher Feinkornstabilität können Mengen an gröberen Körnern enthalten. Daher wurden Einsatzhärtungsparameter abgeleitet und überprüft, ob sie zu den für einsatzgehärtete Zahnradstähle geforderten Korngrößen- und Härtespezifikationen nach ISO 6336 führen. Weiterhin wurde untersucht, wie sich ein reduzierter Aluminiumgehalt bei resultierenden höheren Reinheitsgrad, d. h. kompensiert durch eine Nioblegierung zur Erhaltung der Feinkornstabilität, auf die Korngröße nach dem Einsatzhärten auswirkt.