Wärmebehandlungsfreie Fertigung randschichtgehärteter Bauteile durch mechanisch induziertes Härten

Spanende und umformende Fertigungsverfahren sind unverzichtbare Bestandteile industrieller Prozessketten zur Herstellung hochwertiger Bauteile. In Abhängigkeit von der Bearbeitungsaufgabe und von den zu erreichenden Bauteileigenschaften sowie eingesetzten Werkzeugmaschinen und Zerspanwerkzeuge können diese Fertigungsverfahren in konventionelle sowie präzise und ultrapräzise Fertigungsverfahren in konventionelle sowie präzise und ultrapräzise Fertigungsverfahren untergliedert werden. Während die konventionellen Fertigungsverfahren zumeist als Bindeglied zwischen Vor- und Endbearbeitungsverfahren stehen, ist die spanende Präzisions- und Ultrapräzisionsbearbeitung dazu geeignet, als Endbearbeitungsverfahren komplexe Bauteilkomponenten mit Formgenauigkeiten im Submikrometerbereich und Oberflächenqualitäten im Nanometerbereich direkt herzustellen. Die im Rahmen dieser Buchreihe erscheinenden Berichte stellen die aktuellen Forschungsergebnisse der Hauptabteilung Fertigungstechnik in der Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) und des Labors für Mikrozerspanung (LFM) der Universität Bremen dar. Diese Forschungsarbeiten befassen sich sowohl mit den grundlegenden Wirkzusammenhängen bei trennenden und umformenden Bearbeitungsverfahren, der Entwicklung ökonomisch (effizient) und ökologisch (umweltbewusst, nachhaltig) optimierter Fertigungsprozesse und -prozessketten als auch den ultrapräzisen Endbearbeitungsverfahren für innovative hochgenaue Produkte der Optik und Mikrotechnik. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Übertragbarkeit einer wärmebehandlungsfreien Prozesskette zur Herstellung randschichtgehärteter Stahlbauteile mittels mechanisch induziertem Härten in die industrielle Praxis. Unter Ausnutzung der speziellen Eigenschaften metastabil austenitischer Gefügezustände ist es möglich, eine martensitische Randschichthärtung prozessintegriert auf einer Werkzeugmaschine durchzuführen. Besonderes Merkmal dieser Arbeit ist die Betrachtung der gesamten Prozesskette von der Stahlherstellung bis zu den Eigenschaften von praxisrelevanten Bauteilen. Erstmals wird dabei das kryogene Festwalzen eingesetzt. Dieses erlaubt es, stabilere Gefügezustände für die verkürzte Prozesskette des mechanisch induzierten Härtens zu nutzen und somit die größte Limitation zur Übertragung der wissenschaftlichen Erkenntnisse in die Anwendung zu überwinden. Die vorliegende Arbeit stellt zu jedem einzelnen Prozessschritt systematische wissenschaftliche Analysen vor und leitet daraus Empfehlungen für eine flexible und zugleich wirtschaftliche Herstellung randschichtgehärteter Stahlbauteile ab.