Carbo-PM: Prozesssimulation des Carbonitrierens pulvermetallurgischer Bauteile

M.Sc. James Damon

Motivation

Die thermochemische Wärmebehandlung Carbonitrieren findet Anwendung zur Verbesserung der Verschleiß- und Ermüdungseigenschaften. Als gängige Bauteile werden hochbelastete Getriebekomponenten im Automobilbau thermochemisch Randschichtgehärtet. Auf der anderen Seite werden pulvermetallurgische Bauteile aufgrund ihrer endkonturnahen und serienmäßigen günstigen Herstellroute bevorzugt. Durch experimentelle Untersuchung und der simulativen Modellierung der dominierenden Mechanismen sollen Empfehlungen für optimierte Wärmebehandlungsstragien im Hinblick auf Leistungssteigerung und somit der Weg geebnet werden für potentiellen Leichtbau.

Ziele

Entwicklung, Verifikation und Validierung eines zweistufigen Simulationsmodells:

• Carbonitrier-Prozesssimulation in Abhängigkeit der Prozessführung und des Porositätsniveaus mit Ausgabe der Kohlenstoff- und Stickstoffprofile
• Metallurgisch-thermo-mechanische Finite-Elemente-Simulation zur Vorhersage der Gefüge-, Härte- und Eigenspannungstiefenprofile beim Abschrecken

Untersuchungen

• Erstellen eines Zwei-Spezies-Diffusionsmodells in Abhängigkeit der Porosität
• Experimentelle Ermittlung und Modellierung der Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramme in Abhängigkeit von Kohlen- und Stickstoff
• Mechanische Charakterisierung carbonitrierter Bauteile
• Wärmebehandlungssimulation und Prozesseinflussstudie
• Erzeugung und Ermüdungsversuche einer vielversprechenden Variante