03.03.2016 | Ausgabe 03/2016

Trockenes Bainitisieren

Diesel-Hochdruckpumpe CP4-25/1 (links) und Common-Rail-Injektor CRI3-25 (rechts). (Bildquelle: Robert Bosch GmbH)

Viele Bauteile sind in heutigen modernen kraftfahrtechnischen Anwendungsgebieten hohen Drücken und Lastwechseln ausgesetzt. Diese Anwendungen stellen hohe Anforderungen an die mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften der Werkstoffe. Hierbei hat sich die Einstellung eines bainitischen Gefügezustandes im Bauteil bewährt, da dieser eine hohe Härte bei ausreichender Zähigkeit gewährleistet.
Im Rahmen der Entwicklung und Umsetzung zukünftiger verbrauchs- und leistungsoptimierter Motorenkonzepte ist eine höhere thermomechanische Beanspruchung zu erwarten. Hierbei stößt die klassische bainitische Wärmebehandlung im Salzbad zunehmend an ihre Grenzen, weil es durch die Verwendung von Atmosphärentechnik während der Austenitisierung durch Auf- bzw. Abkohlungsvorgänge zu einer negativen Beeinflussung der randnahen Werkstoffzusammensetzung und somit der Beanspruchbarkeit der Bauteile kommen kann. Eine Möglichkeit zur Vermeidung dieser negativen Einflüsse stellt das sogenannte trockene Bainitisieren dar, ein Vakuumprozess mit anschließender Hochdruckgasabschreckung.
Im Folgenden werden zunächst die Aspekte und Methoden der bainitischen Wärmebehandlung erläutert. Ausgehend vom Stand der Technik, dem Bainitisieren im Salzbad, wird das trockene Bainitisieren in den Kontext eingeordnet und hinsichtlich seiner Vor- und Nachteile bewertet. Anschließend erfolgt eine Beschreibung des Prozessablaufs sowie der notwendigen anlagentechnischen Randbedingungen.

Viele Bauteile sind in modernen kraftfahrtechnischen Anwendungsgebieten hohen Drücken und Lastwechseln ausgesetzt. In Dieseleinspritzsystemen werden heute bereits Drücke von über 2500 bar erzeugt, welche zu einer ultrafeinen Zerstäubung des Kraftstoff es im Brennraum zugunsten einer besonders raschen und effektiven Verbrennung führen [1–4]. Diese hohen Drücke verbunden mit den im Automobilbereich im Laufe der Einsatzdauer erreichten Lastspielzahlen jenseits der 109 stellen hohe Anforderungen an die mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften der Werkstoffe [5–7]. Höchstbeanspruchte Bauteile sind beispielsweise der Zylinderkopf der in Bild 1 dargestellten Diesel-Hochdruckpumpe sowie zahlreiche Injektor-Komponenten.


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