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Modifikation von metallischen Randschichten mittels hochenergetischer Wärmebehandlung

Egbert Honekamp

ISBN 978-3-89722-420-9
144 Seiten, Erscheinungsjahr: 2000
Preis: 40.50 €
Die Oberflächeneigenschaften metallischer Werkstoffe genügen bei extremer Beanspruchung von Bauteilen durch Verschleiß, Korrosion oder thermischer Beanspruchung häufig nicht den Anforderungen. Abhilfe können Werkstoffverbunde wie z.B. Beschichtungen leisten, die auf das Anforderungs-profil abgestimmt sind. Das Optimieren von Beschichtungen kann sowohl durch eine geeignete Legierungszusammensetzung als auch durch das Einstellen geeigneter Gefüge erfolgen.

Im Rahmen der Arbeit werden Ranschichtumschmelzungen und -legierungen in den beiden Zweischichtsystemen Ti-Fe und Al-Fe betrachtet. Während beim ersten System das Umschmelzen mit Vermeiden einer Aufmischung und einer metallurgische Reaktion an der Grenzschicht zwischen Randschicht und Substrat im Vordergrund steht, ist im zweiten System das gezielte Einstellen von der Legierungszusammensetzung von 0 Atom-% bis zu 50 Atom-% Fe und das Beeinflussen der Gefüge Gegenstand der Untersuchung.

Das zweistufige Beschichten der Stähle mittels Elektronen- und Laserstrahlung vermag dabei, sowohl die Legierungszusammensetzung mittels der Aufmischung als auch das Gefüge durch eine abgestimmte Wärmeführung gezielt einzustellen. Das außerordentliche Potential der hochenergetischen Strahlung für eine differenzierte Materialbearbeitung resultiert im wesentlichen aus der zur Verfügung stehenden hohen Leistungsdichte und der Strahlleistung, die nahezu beliebig mit großer Spannweite auf den jeweiligen Bedarf angepaßt werden kann.

Für das Abgrenzen der sich in Abhängigkeit von den Prozeßparametern beim Randschichtlegieren einstellenden Gefügen eignet sich die Leistungs- oder Energiedichte in Verbindung mit der Einwirkzeit. Dabei sind in Abhängigkeit von der beabsichtigten Werkstoffveränderung die Leistungs- bzw. die Energiedichte in Abhängig-keit von den geometrischen und werkstoffspezifischen Randbedingungen einzustellen. Sowohl beim Randschichtlegieren als auch beim Randschichtumschmelzen erweist sich die Einwirkzeit als dominierender Faktor für das Beeinflussen der Gefüge. Die Arbeiten zum thermischen Randschichtbearbeiten der Metalle belegen, daß sich durch eine gezielte Wärmeführung die Gefüge und dadurch die mechanisch-technologischen Eigenschaften sowie die Korrosionsbeständigkeit optimieren lassen.

Vorgestellt wird zudem ein Gleichungssystem zur Berechnung der Temperaturverläufe in der Randschicht. Die Lösung stützt sich dabei auf die eindimensionalen Wärmeleitung. Die Gleichungen vermögen den Einfluß veränderter Prozeßparameter auf die Wärmeführung aufzuzeigen und können im Einzelfall helfen, die erforderlichen Randbedingungen zum Erzielen der gewünschten Gefüge zu klären.

Keywords:
  • Werkstofftechnik
  • Laserstrahl-und Elektronenstrahlrandschichtbearbeitung
  • Umschmelzen
  • Legieren

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