Effizienter Einsatz von Ressourcen und ihr nachhaltiger Verbrauch sind zentrale Anliegen der heutigen und zukünftigen globalen Gemeinschaft. Für diese Ziele werden gleichermaßen neue Technologien entwickelt und etablierte Verfahren optimiert. Stahl spielt als weitaus wichtigster metallischer Werkstoff eine Schlüsselrolle. Gleiches gilt für das gebräuchlichste Verfahren zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Stählen, das Einsatzhärten.
In einsatzgehärteten Stahlbauteilen bestimmen Eigenschaftsgradienten die Betriebseigenschaften. Diese Gradienten werden in derzeit üblichen Methoden zur Bauteilauslegung nur vereinfacht berücksichtigt. Ziel des Projektes KoBoLD war es, verfeinerte und anwendungsnahe Ansätze zur Simulation der Wirkung des Einsatzhärtens auf die Betriebsfestigkeit zu entwickeln und zu erproben. Stehen solche Werkzeuge zur Verfügung, können bei einsatzgehärteten Bauteilen in erheblichem Umfang Material und Energie eingespart werden, bei gleicher Betriebssicherheit.
rechts: FEM-Simulation des Sicherheitsfaktors in einem einsatzgehärteten Kolbenbolzen in außermotorischer Erprobung (Quelle: Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm, Fakultät Werkstofftechnik)
Dazu wurden verschiedene Lastfälle an Bauteilen unterschiedlicher Einsatzhärtung erprobt. Auf Basis einer Vielzahl experimenteller Ergebnisse wurden Ansätze zur Abbildung der gefundenen Eigenschaften in FEM-Simulationen integriert und die erhaltenen Vorhersagen mit den Ergebnissen verglichen.
Es ist gelungen, die Vorhersage des räumlichen und zeitlichen Verlaufs von Schädigung an einsatzgehärteten Bauteilen zu verbessern. Zudem wurden weitere Einflussfaktoren identifiziert, welche zusammen mit den in diese Arbeit eingeflossenen Faktoren die Betriebssicherheit einsatzgehärteter Bauteile bestimmen. Insbesondere Fälle spröder, kerbempfindlichkeitsbasierter Risseinleitung an einsatzgehärteten Oberflächen werden von der sonst funktionierenden Methode jedoch noch zu ungenau vorhergesagt. Hierfür müssen im Rahmen zukünftiger Vorhaben Lösungen entwickelt und integriert werden.
