Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gehärtete Stähle für effizientere Motoren

22.10.2015

Ein neues Verfahren zum Härten von Stahl entwickeln Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT): Mithilfe von Methylamin reichern sie niedriglegierte Stähle mit Kohlenstoff und Stickstoff an. Das Niederdruck-Carbonitrieren mit Methylamin spart Zeit und Prozessgas. Die so gehärteten Stähle eignen sich für mechanisch und thermisch hoch beanspruchte Bauteile in energieeffizienten und emissionsarmen Motoren der Zukunft. In der Zeitschrift HTM – Journal of Heat Treatment and Materials stellen die Forscher ihr Verfahren vor.

Verbrennungsmotoren bergen noch viel Potenzial, um Energie einzusparen und Emissionen zu verringern. So geht der Trend zu kleineren Motoren bei gleicher oder sogar höherer Leistung. Motoren mit kleinerem Hubraum verbrauchen dank ihres geringeren Gewichts, geringerer Reibung und geringerer Abwärme weniger Kraftstoff.


Einspritzpumpen und Injektoren wie das Bosch Common-Rail-System CRS3-25 erzeugen dank gehärtetem Stahl Drücke von 2 500 Bar.

Quelle: Bosch

Allerdings bringt das sogenannte Downsizing mit sich, dass hoch beanspruchte Bauteile, wie Komponenten von Diesel-Einspritzsystemen, noch höheren mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind.

Diesel-Einspritzsysteme müssen höhere Einspritzdrücke und bessere Einspritzgenauigkeiten aufweisen, um die Anforderungen des Downsizings zu erfüllen. Daher müssen die Einspritzdüsen aus besonders widerstandsfähigen Werkstoffen gefertigt werden.

Eine attraktive und kostengünstige Möglichkeit ist der Einsatz von niedriglegierten Stählen, das heißt Stahlsorten, die außer Eisen maximal fünf Massenprozent andere Metalle enthalten. Sie lassen sich weich gut bearbeiten und werden dann für den Einsatz gehärtet, um eine harte Oberfläche bei einem zähen Kern zu erzielen.

Wissenschaftler am Engler-Bunte-Institut des KIT arbeiten an einem neuen Verfahren der Einsatzhärtung von Stahl, dem Niederdruck-Carbonitrieren: Bei Temperaturen zwischen 800 und 1050 Grad Celsius und Gesamtdrücken unter 50 Millibar wird die Randschicht der zu härtenden Bauteile gezielt mit Kohlenstoff und Stickstoff angereichert und anschließend durch Abschrecken gehärtet.

Ziel des aktuellen Projekts unter Leitung von David Koch ist, gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie die Grundlagen des Niederdruck-Carbonitrierens zu erarbeiten und dieses zur Großserienreife zu entwickeln.

„Das Niederdruck-Carbonitrieren vereint die Vorteile von Niederdruckverfahren mit denen des atmosphärischen Carbonitrierens“, erklärt David Koch. Beim atmosphärischen Carbonitrieren wird die Oberfläche der behandelten Bauteile durch Randoxidation beschädigt; dies lässt sich bei Niederdruckverfahren vermeiden. Zusätzlich wird ein gleichmäßigeres Härteprofil im Bauteil erzeugt, besonders bei komplexen Bauteilgeometrien.

Bisher wurde beim Niederdruck-Carbonitrieren fast ausschließlich Ammoniak als Stickstoffspender, in Verbindung mit einem Kohlenstoffspender, meist Ethin oder Propan, verwendet. Die Forscher am KIT haben nun andere Gase und Gasmischungen auf ihre Eignung für das Niederdruck-Carbonitrieren untersucht und ihre Wirksamkeit beim Anreichern einer Bauteil-Randschicht mit Kohlenstoff und Stickstoff in einer Thermowaage experimentell getestet.

Dabei stellten die Karlsruher Wissenschaftler gemeinsam mit Forschern der Robert Bosch GmbH in Stuttgart fest, dass Methylamin (CH3NH2) und Dimethylamin ((CH3)2NH) als Prozessgase zu einer guten Anreicherung der Randschicht mit Kohlenstoff und Stickstoff führen. Ihre Untersuchungsergebnisse zum Niederdruck-Carbonitrieren mit Methylamin präsentieren sie in der Zeitschrift HTM – Journal of Heat Treatment and Materials.

Beim Einsatz von Methylamin zum Niederdruck-Carbonitrieren ist statt zwei Gasen nur eines erforderlich, und die sonst üblichen zwei Prozessschritte lassen sich auf einen reduzieren. Im Vergleich zum Ammoniak als Stickstoffdonator in Verbindung mit einem Kohlenstoffdonator erreicht Methylamin eine höhere Stickstoffanreicherung der Randschicht.

Da gleichzeitig auch Kohlenstoff eingebracht wird, verkürzt sich die Prozessdauer deutlich. Methylamin erlaubt überdies das Carbonitrieren bei erheblich höheren Temperaturen, was die Prozessdauer zusätzlich verkürzt. Auch wird das Methylamin als Prozessgas besser ausgenutzt, was eine Reduzierung der eingesetzten Gasmenge gestattet.

Die Wissenschaftler des KIT arbeiten nun daran, das Niederdruck-Carbonitrieren mit Aminen weiter zu optimieren. Vor allem geht es darum, die Gleichmäßigkeit und die freie Einstellbarkeit des Eintrags von Kohlenstoff und Stickstoff zu verbessern. Nächstes Ziel ist, den Prozess vom Labormaßstab auf den Pilotmaßstab zu übertragen.

D. Koch, L. Hagymási, T. Waldenmaier, S. Bajohr, R. Reimert: Niederdruck-Carbonitrieren mit Aminen. HTM – Journal of Heat Treatment and Materials. 70 (2015) 4; page 171-182. DOI: 10.3139/105.110263

Weiterer Kontakt: Kosta Schinarakis, PKM – Themenscout, Tel.: +49 721 608 41956, Fax: +49 721 608 43658, E-Mail: schinarakis@kit.edu

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) vereint als selbstständige Körperschaft des öffentlichen Rechts die Aufgaben einer Universität des Landes Baden-Württemberg und eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemein-schaft. Seine Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation verbindet das KIT zu einer Mission. Mit rund 9 400 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 24 500 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas.

Das KIT ist seit 2010 als familiengerechte Hochschule zertifiziert.

Diese Presseinformation ist im Internet abrufbar unter: www.kit.edu

Monika Landgraf | Karlsruher Institut für Technologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Sauberes Biogas: TU Wien präsentiert Entschwefelungstechnik
11.06.2018 | Technische Universität Wien

nachricht Lackieren und Trocknen: Weniger heiße Luft
08.06.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

Meteoriteneinschläge und Spektralfarben: HITS bei Explore Science 2018

11.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

EMAG auf der AMB: Hochproduktive Lösungen für die vernetzte Automotive-Produktion

15.06.2018 | Messenachrichten

AchemAsia 2019 in Shanghai

15.06.2018 | Messenachrichten

Dem Fettfinger zu Leibe rücken: Neuer Nanolack soll Antifingerprint-Oberflächen schaffen

15.06.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics