23. 04. 2026
Verfasst von: Michael Keitel, Sebastian Barton
Verkürzte Prozesskette: Randzonenhärtung beim Zerspanen
Die Herstellung leistungsfähiger Bauteile ist meistens sehr kostenintensiv. Ein neuartiges und patentiertes Verfahren der Leibniz Universität Hannover ermöglicht es, Stahl gleichzeitig zu bearbeiten und die Härte in der Randzone einzustellen. Durch eine innovative Prozessführung werden vorhandene austenitische Gefügebestandteile im Stahl während der spanenden Bearbeitung in Martensit umgewandelt. So lässt sich die Härte steigern, die Prozesskette deutlich verkürzen und die Qualität durch eine prozessintegrierte Wirbelstromprüfung zuverlässig kontrollieren.
Kosteneffizienz durch kombinierte Bearbeitung und Härtung
Moderne Herstellungsverfahren für hochbelastbare Bauteile sind bislang durch eine aufwendige Prozesskette geprägt: Massivumformung, Wärmebehandlung und spanende Bearbeitung. Doch dieser klassische Ansatz ist zeit- und kostenintensiv. Zudem beeinflussen alle Fertigungsprozesse den Zustand der Randzone eines Bauteils, zum Beispiel die Mikrostruktur beziehungsweise das Gefüge, und damit auch die Bauteileigenschaften. So ist bekannt, dass gezielte Druckeigenspannungen in der Randzone die Lebensdauer und Belastbarkeit eines Werkstücks erheblich steigern können.
Schnellere Fertigung, höhere Bauteilqualität
Die neue Technologie geht hier einen entscheidenden Schritt weiter. Ein interdisziplinäres Team vom Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen sowie vom Institut für Werkstoffkunde hat das Verfahren entwickelt und patentieren lassen. Mit der hochinnovativen Fertigungstechnologie wird es erstmals möglich, das Gefüge direkt während des Zerspanungsprozesses gezielt zu beeinflussen – mit reproduzierbaren Ergebnissen und einer deutlichen Steigerung der Härte.
- Die Einstellung der Härte während der spanenden Bearbeitung verkürzt die Prozesskette spürbar – das spart Zeit und erhöht die Wirtschaftlichkeit.
- Die Dokumentation einzelner Bauteile, zum Beispiel von Wälzkörpern, wird in den Prozess integriert.
Das Verfahren verbessert die Werkstoffeigenschaften und schafft die Grundlage für noch leistungsfähigere Bauteile. Besonders für hoch beanspruchte Komponenten, wie Lager in Windenergieanlagen, eröffnet dies neue Potenziale.
Innovative Temperaturführung und Prozesskontrolle
Das Verfahren setzt auf austenitischen Stahl oder Stähle mit hohen Anteilen von Restaustenit. Der Gefügebestandteil Austenit prägt beispielsweise viele nichtrostende Stähle. Wird Austenit unter der Einwirkung mechanischer Spannungen in Martensit umgewandelt, erhöht sich die Härte des Stahls. Diese Umwandlung kann durch eine aktive Kühlung des Bauteils gefördert werden. Der Prozess nutzt eine innovative Temperaturführung: Mithilfe von CO₂ oder Stickstoff wird die Bearbeitungszone auf rund -150°C heruntergekühlt. Unter diesen Bedingungen erzeugt das Zerspanungswerkzeug mit Freiflächenrücksatz gezielte Kräfte in der Scherzone, wodurch der vorhandene Restaustenit in Martensit umgewandelt wird. Zur zuverlässigen Prozesskontrolle kommt eine Wirbelstromanalyse zum Einsatz, die die erreichten Veränderungen im Gefüge exakt erfasst.
Hier finden Sie weitere Informationen:
- Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Bauteils und Werkzeugmaschine, Patent, EZN
- Werkzeugmaschine zum Herstellen eines gehärteten Bauteils, Patentschrift DE102020105360B4
- A process-reliable tailoring of subsurface properties during cryogenic turning using dynamic process control, SprinterNature
- DFG SPP 2086: Oberflächenkonditionierung in der Zerspanung, KIT
- Prozesssichere Einstellung von Randzoneneigenschaften bei der spanenden Bearbeitung hochfester und duktiler Stähle mit einem lernfähigen Fertigungssystem, KIT
30169 Hannover
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