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Entwicklung eines Härtungsverfahrens für Mikrobauteile aus Stahl in einem Fallrohrofen
Author(s) -
von Bargen R.,
von Hehl A.,
Zoch H.W.
Publication year - 2010
Publication title -
materialwissenschaft und werkstofftechnik
Language(s) - English
Resource type - Journals
SCImago Journal Rank - 0.285
H-Index - 38
eISSN - 1521-4052
pISSN - 0933-5137
DOI - 10.1002/mawe.201000580
Subject(s) - metallurgy , materials science , mechanical engineering , automotive industry , quenching (fluorescence) , engineering , hardening (computing) , process engineering , composite material , physics , layer (electronics) , quantum mechanics , fluorescence , aerospace engineering
Due to the rising demand for small high‐performance products needed in wide sections of applications (for example automotive, micro electronics) the requirements for micro components concerning size scale (miniaturizing), quantity, costs and quality require new micro production processes to be developed. Dealing with the challenges of micro production the Collaborative Research Center 747 (CRC) “Micro Cold Forming” funded by the German Research Foundation was established at the University of Bremen in 2007. One of the elementary process steps during production is the heat treatment. The heat treatment process is responsible for the adjustment of the material properties in order to ensure the ability to form and furthermore to obtain the required mechanical properties. Given the challenges of handling the small and extremely sensitive components with an approximate volume of a cubic millimeter a new heat treatment process has been developed. An integrated 5.5 m high vertical drop‐tube furnace enables a short‐term austenitisation of steel components during falling. At the bottom of the furnace the quenching takes place by using water or ambient air as quenching medium. By this procedure the hardness of soft‐annealed components made of steel quality C100 could be increased from 2196 ± 241 HM 0.05/5.0 (revalued 254 ± 45 HV 0.005) up to nearly 6700 HM 0.05/5.0 (revalued 1050 HV 0.005). In der Produktion von Mikrobauteilen nehmen die Anforderungen in Bezug auf Baugröße (Miniaturisierung), Stückzahl, Stückpreis und Qualität immer mehr zu. Die dabei auftretenden Herausforderungen werden seit 2007, im von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereich 747 “Mikrokaltumfomen”, an der Universität Bremen interdisziplinär angegangen. Einer der elementaren Fertigungsschritte in einer Prozesskette ist die Wärmebehandlung. Zum einen dient sie der Einstellung von Gefügeeigenschaften, die eine Kaltumformung, mit möglichst geringem Energie‐ und Krafteinsatz ermöglichen. Zum anderen muss nach der Umformung in vielen Fällen das Werkstück noch einmal wärmebehandelt werden, um die Gebrauchseigenschaften, zum Beispiel in Bezug auf die Festigkeit, einzustellen. Unter Berücksichtigung der Schwierigkeiten, welche beim konventionellen Chargieren von kleinen und empfindlichen Mikrobauteilen, mit einem Raumvolumen kleiner einem Kubikzentimeter, auftreten würden, wurde ein neuer Wärmebehandlungsprozess inklusiv Anlagentechnik entwickelt. Das Härten von Mikrobauteilen aus Stahl, in diesem Fall C100, wird in einem 5,5 m hohen vertikalen Fallrohrofen bei Temperaturen oberhalb von 1100°C, durch ein Kurzzeitaustenitisieren mit anschließender Abschreckung an ruhender Luft oder in Wasser durchgeführt. Mittels dieser Wärmebehandlung konnte die Härte des weichgeglühten Materials von 2196 ± 241 HM 0.05/5.0 (umgewertet 254 ± 45 HV 0.005) auf bis zu 6700 HM 0.05/5.0 (umgewertet 1050 HV 0.005) gesteigert werden.