Carbonitrieren mikrolegierter Einsatzstähle für den Kfz-Antriebsstrang

  LOM-Aufnahme der carbonitrierten Randschicht eines Einsatzstahls Urheberrecht: IEHK Abbildung 1: LOM-Aufnahme der carbonitrierten Randschicht eines Einsatzstahls, sichtbar sind verschiedene Martensitstrukturen (blau & rotbraun) und Restaustenit (weißlich-braun)

Zahnräder im Kfz-Antriebsstrang werden zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Zahnflanken thermochemisch behandelt. Die dafür am häufigsten verwendeten Verfahren sind das Einsatzhärten, bei dem die Randschicht mit Kohlenstoff angereichert wird, und das Carbonitrieren, bei dem die Randschicht mit Kohlenstoff und Stickstoff angereichert wird.

Im Vergleich zum klassischen Einsatzhärten verbessert das Carbonitrieren nicht nur die Oberflächenhärte und damit den Verschleißwiderstand noch weiter, sondern auch die Dauerfestigkeit und die Anlassbeständigkeit. Gleichzeitig werden durch Kohlenstoff und Stickstoff Restaustenit stabilisiert (Abbildung 1), wodurch die Gefüge schadenstoleranter werden. Es wird davon ausgegangen, dass der erzeugte Anteil an Restaustenit zusammen mit fein ausgeschiedenen Carbonitriden und den vorliegenden Druckeigenspannungen eine Rissbildung bzw. Rissausbreitung verhindert, wodurch die Tragfähigkeit der Bauteile erhöht werden kann. Der Restaustenit nimmt dabei Verformungen auf und wandelt sich unter Beanspruchungen in Martensit um. So wird das Wachstum von Mikrorissen behindert und die Festigkeit lokal gesteigert.

In einem Gemeinschaftsforschungsprojekt wurde ein neuer Einsatzstahl mit einer eigens angepassten Wärmebehandlung während des Carbonitrierens entwickelt. Der Schwerpunkt liegt beim IEHK dabei auf der Einstellung des Gefüge- und Ausscheidungszustandes und der anschließenden Charakterisierung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften wie Zahnfußtragfähigkeit und Zahnflankenfestigkeit der Prüfzahnräder.