Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte

Sensoren ermöglichen in weiten Bereichen der Fertigung eine Automatisierung mit einer damit einhergehenden verbesserten Qualitätssicherung. Auf dem Gebiet der Wärmebehandlung werden erst in einzelnen Bereichen erfolgreich Sensoren eingesetzt. Insbesondere zu nennen ist der Sauerstoffsondeneinsatz auf dem Gebiet des Einsatzhärtens. Mit derartigen Sonden können reaktive Behandlungsatmosphären erfolgreich erfasst, kontrolliert und geregelt werden. Es werden jedoch keine Aussagen über den aktuellen Werkstoffzustand gewonnen, der als Zielgröße bei Wärmebehandlungsprozessen im Vordergrund des Interesses steht. Die Arbeiten konzentrieren sich daher auf die Sensorentwicklung zur Erfassung des aktuellen Wärmebehandlungszustandes.

Mit der Entwicklung des Nitriersensors gelang dies erstmals für Nitrier- und Nitrocarburierprozesse. Mit ihm können in situ, d.h. kontinuierlich während des Prozesses, der Randschichtzustand, Verbindungsschichtdicke und -zusammensetzung sowie die Nitrierhärtetiefe  erfasst werden.
Ein weiteres Beispiel ist die Entwicklung eines Anlasssensors, mit dem der Werkstoffzustand während des Anlassens erfasst werden soll, um damit den Anlassvorgang zu steuern.

Maßänderungen und Verzug stellen ein zentrales Problem bei der Fertigung von Bauteilen dar. Häufig werden sie allein mit der Wärmebehandlung als einem der letzten Fertigungsschritte in Verbindung gebracht. In vielen Fällen werden durch Wärmebehandlungschritte jedoch nur Plastifizierungen durch thermisch bedingten Eigenspannungsabbau ausgelöst, die ihre Ursache in vorangegangenen Fertigungsschritten haben. Aufgrund der außerordentlichen Komplexität derartiger Vorgänge müssen auf der Basis einer langfristigen Strategie Einzelaspekte untersucht und zu einem Gesamtbild zusammengefasst werden.

Neben Arbeiten zur Chakterisierung der Abschreckwirkung von Ölen hinsichtlich der Zielgrößen Gefüge und Härte liegt ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten auf dem Gebiet des Gasabschreckens. Durch die Weiterentwicklung der Vakuumwärmebehandlungsanlagen auf dem Gebiet des Hochdruckgasabschreckens wurden neue Möglichkeiten eröffnet, flüssige Abschreckmedien durch eine Gasabschrekkung zu ersetzen, wenn die Härtbarkeit der eingesetzten Werkstoffe ausreicht. Die Abschreckwirkung wird in erster Linie über die Parameter Gasart, Abschreckdruck und Anströmgeschwindigkeit bestimmt.
Es laufen zu diesem Themenfeld Untersuchungen zur Charakterisierung der Abschreckwirkung in Verbindung mit Vakuumwärmebehandlungen wie auch im Anschluss an Schutzgaswärmebehandlungen. Neben Aspekten der Verzugsminimierung (infolge des fehlenden Leidenfrostphänomens, das bei Verdampfungskühlung in Ölen und wässrigen Lösungen auftritt, sind geringere Inhomogenitäten bei Maßänderung und Verzug zu erwarten) stehen ökologische Aspekte im Vordergrund der Untersuchungen.

Die rechnerische Modellierung von Wärmebehandlungsprozessen eröffnet neue Möglichkeiten für eine wärmebehandlungsgerechte Konstruktion. Im Vordergrund steht die Simulation von Härtungsvorgängen und hier insbesondere des Abschreckvorgangs unter Berücksichtigung des Einflusses von Werkstoffinhomogenitäten auf das Umwandlungsverhalten. Derartige Arbeiten können nach dem heutigen Stand der Technik lediglich grundlagenorientiert angelegt sein, da nur ein Bruchteil der Einflussgrößen erfasst und in den Modellen berücksichtigt werden kann.