Prakt. Met. Sonderband 46 (2014) 149
nd Vortell BESTIMMUNG VON KOHLENSTOFFTIEFENPROFILEN AN
re SCHWER ZUGANGLICHEN BAUTEILBEREICHEN
r Bauphase PULVERMETALLURGISCHER ZAHNRÄDER
ırfache me-
P. Nusskern, A. Ohl, J. Hoffmeister, V. Schulze
Institut für Angewandte Materialien-Werkstoffkunde (IAM -WK),
Karlsruher Institut für Technologie (KIT),
Kaiserstrasse 12, 76131 Karlsruhe
ABSTRACT
BE Höchstbeanspruchte Bauteile, wie beispielsweise Zahnräder, werden in vielen Fallen
thermisch bzw. thermochemisch wärmebehandelt. Speziell bei der thermochemischen
Wärmebehandlung ist die sich einstellende, lokale Kohlenstofftiefenverteilung
entscheidend. Eine Möglichkeit zur Bestimmung der Tiefenverteilung des Kohlenstoffs
bietet die optische Emissionsspektrometrie. Der Einsatz dieser Analysetechnik ist
allerdings an Randbedingungen wie eine über mehrere Millimeter ebene Oberfläche
geknüpft. Thermochemisch behandelte, komplex geformte Bauteile, wie beispielsweise
Zahnräder, können mit diesem Verfahren daher oft nur an der Stirnfläche charakterisiert
werden. Als Alternativverfahren wird in dieser Ausarbeitung die Sekundärionen-
Massenspektrometrie (SIMS) Analyse vorgeschlagen. Dieses Verfahren kann an einem
kohlenstofffrei präparierten Querschliff durchgeführt werden. Zum Nachweis der
Kühlkanäle Tauglichkeit des SIMS-Verfahrens wurden die gemessenen Kohlenstofftiefenprofile mit
Ergebnissen der optischen Emissionsspektrometrie gegenübergestellt. Dabei zeigte sich
eine sehr gute Übereinstimmung.
otypen- und
ht darin, die
aßhaltigkeit
en. Im Hin 1. EINLEITUNG
ear. Das thermochemische Verfahren Einsatzharten verfolgt die Zielsetzung, die
eigenschaf: Kohlenstoffkonzentration der Randschicht während des so genannten Aufkohlvorganges
zu erhöhen. Durch das nachfolgende Abschrecken auf Raumtemperatur lassen sich so
besonders vorteilhafte Randschichteigenschaften einstellen [1]. Die Verfahrensqualität des
Aufkohlschrittes kann durch die Bestimmung und Bewertung der sich einstellenden
Kohlenstoffverteilung überprüft werden. Zumeist wird die optische
a aUuWETS: Se: Emissionsspektrometrie, auch Funkenspektrometrie genannt, verwendet. Dabei wird ein
Technology, Lichtbogen zwischen Bauteiloberfläche und Elektrode erzeugt, was zur Verdampfung von
Atomen der Bauteilrandschicht führt [2]. Durch die hohen Temperaturen werden die
Elektronen der ausgelösten Atome angeregt. Diese angeregten Zustände besitzen nur
eine geringe Lebensdauer und zerfallen unter freiwerdender elektromagnetischer
Strahlung [3]. Durch Analyse der Wellenlänge und der Intensität sind Rückschlüsse auf die
und Dichte- lokale chemische Zusammensetzung möglich. Nachteil des Verfahrens ist, dass eine
stellung der plane Oberfläche zur Verfügung stehen muss und die Analysefläche mit einigen
Millimetern, gemäß [2] 15 mm, recht groß ist. Auswertungen an Querschliffen sind somit
nicht möglich.
