DE69709503T2

DE69709503T2 - Befestigungselement mit Gewinde und Verfahren zur Verbesserung von Materialermüdung

Info

Publication number: DE69709503T2
Application number: DE69709503T
Authority: DE
Inventors: Michael Patrick Manning; Peter William Schilke
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1996-08-01
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2017-08-02
Also published as: EP0822347A1; JPH10122219A; KR19980018261A; DE69709503D1; JP4048331B2; EP0822347B1; US5700120A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gasturbinen und deren Komponenten. Mehr im Besonderen bezieht sich diese Erfindung auf ein Verfahren zum Verbessern der ermüdungsfreien Lebensdauer von Kompressor- und Turbinenrotor-Stutzen und -Bolzen durch Einsatzhärten spezifischer Regionen solcher Bolzen einschließlich eines begrenzten Abschnittes ihrer Gewinde.
Gasturbinen-Kompressor- und -Rotor-Teile, wie Befestigungselemente mit Gewinde, die zum Befestigen von Scheiben und Bolzenschäften miteinander zur Bildung einer Gasturbinen-Rotorbaueinheit benutzt werden, bestehen typischerweise aus martensitischen Legierungen, wie Typ 422, oder austenitischen Legierungen höherer Festigkeit. Bei der Herstellung aus martensitischen Stählen weisen solche Teile genügende Festigkeit auf, um die statischen mechanischen und dynamischen Belastungen auszuhalten, die während des Betriebes vieler Gasturbinen auftreten. Teile aus martensitischem Stahl haben jedoch eine Empfindlichkeit gegenüber Langzeit-Ermüdung gezeigt, wenn sie in größeren Turbinensystemen mit höheren Betriebs-Temperaturen und -Spannungen benutzt werden. Während austenitische Legierungen verbesserte Langzeitermüdungs-Eigenschaften gegenüber martensitischen Stählen aufweisen können, haben austenitische Legierungen höhere Koeffizienten der Wärmeausdehnung, die eine Fehlanpassung verursachen, wenn sie als Befestigungselemente zum Verbinden von Turbinenrotoren eingesetzt werden, die konventionell aus ferritischen Stählen hergestellt werden. Solche Unterschiede in der Wärmeausdehnung erfordern höhere statische Vorbelastungen der Befestigungselemente, um eine angemessene Klemmkraft aufrechtzuerhalten. Ein weiterer Nachteil austenitischer Stähle ist der, dass sie relativ teurer sind als martensitische Stähle.
Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass es dem Stande der Technik an einem Befestigungselement mit Gewinde mangelt, das geeignete Ermüdungs-Eigenschaften für stärker beanspruchende Gasturbinen-Anwendungen zeigt, und das keine Fehlanpassung bei der thermischen Ausdehnung zu Rotoren aus ferritischem Stahl schafft.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes, mit Gewinde versehenes Befestigungselement mit verbesserten Ermüdungs-Eigenschaften zu schaffen, damit es zum Einsatz in einem Gasturbinen-Rotor oder -Kompressor geeignet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, dass ein solches Befestigungselement aus einem martensitischen Stahl hergestellt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum selektiven Wärmebehandeln eines solchen Befestigungselementes zu schaffen, damit man die erwünschten Ermüdungs- Eigenschaften erhält.
Es ist noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, dass die Wärmebehandlung das selektive Wärmebehandeln von Regionen des Befestigungselementes einschließt, um ein oder mehrere einsatzgehärtete Regionen an der Oberfläche des Befestigungselementes zu erzeugen.
Es ist noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, dass die Wärmebehandlung die Gewinde des Befestigungselementes nicht verformt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden diese und andere Aufgaben und Vorteile folgendermaßen gelöst bzw. erzielt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein mit Gewinde versehenes Befestigungselement geschaffen, das eine genügend verbesserte Ermüdungs-Festigkeit aufweist, um zum Einsatz in Gaskompressoren und Turbinen geeignet zu sein, die bei relativ hohen Betriebstemperaturen arbeiten. Geschaffen wird auch ein Verfahren zum Behandeln eines solchen Befestigungselementes, durch das eine selektive Wärmebehandlung ausgeführt wird, um eine dramatische Verbeserung der Ermüdungs-Eigenschaften zu erzielen, während andere erforderliche Eigenschaften des Befestigungselementes nicht beeinträchtigt werden.
Befestigungselemente der Art, die von dem Verfahren dieser Erfindung profitieren, sind im Allgemeinen dadurch charakterisiert, dass sie einen Schaft, eine Übergangsregion benachbart dem Schaft und einen Gewindeabschnitt benachbart der Übergangsregion der Art aufweist, dass die Übergangsregion zwischen dem Schaft und dem Gewindeabschnitt liegt. Der Gewindeabschnitt schließt eine Anzahl von Gewindegängen auf, von denen ein Erster am nächsten zur Übergangsregion und ein Letzter am weitesten weg von der Übergangsregion angeordnet ist. Gemäß der akzeptierten Terminologie in der Befestigungselement-Industrie ist der Gewindeabschnitt durch einen Kerndurchmesser charakterisiert, der den Füßen der Gewindegänge entspricht.
Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung wird das Befestigungselement einer Wärmebehandlung unterworfen, bei der eine einsatzgehärtete Region in solchen Gewindegängen entwickelt wird, die am nächsten zur Übergangsregion liegen, und die sich bis zu einer Tiefe unterhalb des Kerndurchmessers des Gewindeabschnittes erstreckt. Im Gegensatz dazu brauchen die Gewindegänge, die am weitesten weg von der Übergangsregion liegen, nicht einsatzgehärtet zu sein. Ein überraschendes Resultat des oben beschriebenen Härtungsmusters in den Gewindegängen ist es, dass Befestigungselemente aus martensitischem Stahl erfolgreich wärmebehandelt wurden, um eine Langzeit-Ermüdungsbeständigkeit von mehr als 100% gegenüber identischen Befestigungselementen aufzuweisen, die der vorgeschriebenen Wärmebehandlung nicht unterworfen wurden. Diese Erfindung überwindet somit das Erfordernis des Standes der Technik, Befestigungselemente aus austenitischem Stahl zum Einsatz in Gasturbinen-Rotorbaueinheiten zu verwenden, die relativ hohen Betriebstemperaturen unterworfen sind.
Die obigen und andere Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung deutlich, in der zeigen:
Fig. 1 einen Turbinenrotor-Bolzen einer Art, bei der Verbesserungen in Verbindung mit dem Verfahren dieser Erfindung erzielt werden können,
Fig. 2 den Bolzen von Fig. 1, der eine Induktions-Wärmebehandlung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung erhält;
Fig. 3 eine mikrofotographische Darstellung, die ein bevorzugtes einsatzgehärtetes Muster gemäß dieser Erfindung veranschaulicht,
Fig. 4 den Grad, zu dem die Langzeitermüdungs-Eigenschaften durch das Verfahren dieser Erfindung verbessert worden sind und
Fig. 5 eine graphische Darstellung der erwünschten Restspannungs-Verteilung, die durch das Verfahren dieser Erfindung induziert wird.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Gewinde-Befestigungselement, das deutlich verbesserte Ermüdungs-Eigenschaften aufweist, sowie ein Verfahren, durch das solche Eigenschaften in einem martensitischen Stahlmaterial verbessert werden können. Fig. 1 zeigt einen Turbinenrotor- Bolzen 10 einer Art, die von dem Verfahren dieser Erfindung profitiert. Wie allgemein gezeigt, hat der Bolzen 10 einen gewindefreien Schaft 12 zwischen zwei Gewindeabschnitten 16a und 16b an den gegenüberliegenden distalen Enden des Bolzens 10. Zwischen dem Bolzen 10 und jedem Gewindeabschnitt 16a und 16b befindet sich eine Übergangsregion 14a und 14b, die von verringertem Durchmesser ist, verglichen mit dem Schaft, und die gemäß konventionellen Praktiken zum Verringern von Spannungs-Konzentrationen im Bolzen dient.
Gewinde-Befestigungselemente von Interesse für diese Erfindung, nämlich Gasturbinenrotor- und -kompressor-Bolzen, die durch den in Fig. 1 gezeigten Bolzen 10 veranschaulicht werden, sind aus einer martensitischen Legierung, wie AISI Typ 422SS, hergestellt, obwohl auch andere martensitische Legierungen benutzt werden könnten. Solche Befestigungselemente werden typischerweise hergestellt durch maschinelles Bearbeiten von Stäben und dann Walzen der Gewindeabschnitte 16a und 16b. Ein Beispiel eines Befestigungselementes nach dem Stande der Technik dieser allgemeinen Art ist in der US-A-4,326,825 beschrieben. Kompressor-Bolzen der durch diese Erfindung umfassten Art können weiter eine Nickel-Cadmium-Plattierung nach der Wärmebehandlung aufweisen, um die Korrosions-Beständigkeit zu fördern. Allgemeine Praktiken nach dem Stande der Technik bei der Wärmebehandlung martensitischer Materialien waren auf das Erzielen einer Härte von 45-50 Rc durch Wärmebehandeln bei etwa 1.025ºC bis etwa 1.050ºC (etwa 1875ºF bis etwa 1925ºF), gefolgt von einem Abschrecken in Öl und dann Tempern bei einem Minimum von etwa 620ºC (1150ºF) beschränkt.
Während der in Fig. 1 gezeigte Bolzen 10 repräsentativ für die Art von Gewinde-Befestigungselementen ist, die in Gasturbinen und Kompressoren eingesetzt werden, wird der Fachmann erkennen, dass die Vorteile dieser Erfindung auf andere martensitische Befestigungselemente ausgedehnt werden können, die unter ähnlichen Betriebsbedingungen eingesetzt werden.
Gemäß dieser Erfindung werden Gewinde-Befestigungselemente, wie der Bolzen 10, einer selektiven. Wärmebehandlung, vorzugsweise einer Induktions-Oberflächen-Härtungsbehandlung, ausgesetzt, durch die eine einsatzgehärtete Region in der Oberfläche des Befestigungselementes entwickelt wird. Während die Ausrüstung und die Behandlung nach dieser Erfindung ähnlich solchen sind, die für Oberflächen-Härtungsanwendungen bei Automobil-Schäften und -Getrieben benutzt werden, wurde die resultierende einsatzgehärtete Region, die in Gewinde-Befestigungselementen entwickelt wird, selektiv in den Gewindegängen konzentriert, d. h., den Gewindeabschnitten 16a und 16b des Bolzens 10, in einer Weise, die die Ermüdungs-Eigenschaften solcher Befestigungselemente signifikant fördert. Im Allgemeinen sind die einsatzgehärteten Gewinde, die nach dem Verfahren dieser Erfindung erzeugt werden, charakterisiert durch einen festen und zähen getemperten martensitischen Kern und eine sehr viel festere, weniger duktile ungetemperte Hülle, die relativ hohe Restkompressions-Spannungen aufweist. Die Kombination erhöhter Oberflächen- Festigkeit und Restkompressions-Spannung erhöht, wie angenommen wird, die Beständigkeit gegenüber dem Einleiten von Ermüdungsrissen und verbessert dadurch die Ermüdungs-Eigenschaften des Befestigungselementes.
In Fig. 2 ist der Bolzen 10 innerhalb einer Induktionsspule 18 rotierend dargestellt, wobei die Spule 18 um die Übergangsregion 14a und etwa halb über die Gewindegänge des Gewindeabschnittes 16a angeordnet ist. Während der Induktions-Wärmebehandlung wird das martensitische Material des Bolzens 10 wieder in austenitisches Matereial umgewandelt, woraufhin ein Abschrecken in Flüssigkeit einsatzgehärtete martensitische Regionen 20 entwickelt, die in Fig. 3 gezeigt sind. Die in Fig. 3 gezeigten einsatzgehärteten Regionen 20 erstrecken sich nicht in den Bereich der Übergangsregion 14a unmittelbar benachbart dem Gewindeabschnitt 16a. Ausgedrückt als messbare Einsatztiefe (definiert als die Tiefe unterhalb der Oberfläche, bei der die Härte 10 Rc- Punkte unter die Härte an der Oberfläche fällt) ist ein Einsatzhärten in dem Abschnitt der Übergangsregion 14a im Wesentlichen abwesend, in dem das Einsatzhärten in Fig. 3 nicht gezeigt ist. Es ist jedoch vorhersehbar, dass die gesamte Übergangsregion 14a bis zu einer Tiefe etwa gleich der innerhalb des Gewindeabschnittes 16a einsatzgehärtet werden könnte.
Während der Entwicklung dieser Erfindung wurden Bolzen einer Art, ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, bewertet. Es wurde eine Anzahl von Proben als Grundlinien-Gruppe bei Seite gelegt, während gemäß dieser Erfindung behandelte Proben durch Drehen innerhalb einer konventionellen Induktionsspule mit einer Geschwindigkeit von etwa 900 U/min in der allgemein in Fig. 2 gezeigten Art und Weise wärmebehandelt wurden. Die Induktionsspule hatte eine axiale Länge von etwa 40 mm (etwa 1,5 inches) und sie wurde mit einer Frequenz von etwa 300 kHz betrieben, um eine relativ flache Wärme-Eindringung zu erzielen, die ein erwünschtes Niveau von Restkompressions-Spannungen unterhalb der Oberfläche der Bolzen ergibt. Eine repräsentative Restspannungs- Verteilung ist in Fig. 5 abgebildet, die zeigt, dass Kompressions-Spannungen in einer Tiefe von etwa 1,4 mm (etwa 55 u-inches) unterhalb der Oberfläche der Bolzen vorhanden waren. Das Härtungsverfahren umfasste einen einzelnen Heizzyklus von einem Impuls für eine Dauer von etwa 5,5 Sekunden bei einem Energieniveau von etwa 98 kW, während der eine Spitzen-Temperatur von etwa 1.090ºC (etwa 2000ºF) erreicht wurde. Nach der Wärmebehandlung wurden die Proben unmittelbar in einem synthetischen Abschreckmittel bei etwa 30ºC (90ºF) abgeschreckt.
Die Bewertung der wärmebehandelten Proben schloss metallographische Untersuchungen ein, wie Mikrofotographien, die Fig. 3 ergaben, und Mikro-Härtemessungen nach Knoop, die zur Bestimmung der Einsatztiefen der einsatzgehärteten Regionen ausgeführt wurden. Restspannungs- Messungen wurden unter Benutzung von Röntgenbeugungs-Techniken ausgeführt, von denen ein Resultat in Fig. 5 dargestellt ist. Schließlich wurden Langzeit-Ermüdungstests unter einer konstanten mittleren Spannung von etwa 370 MPa (etwa 54 ksi) bei Raumtemperatur ausgeführt, wobei verschiedene Niveaus alternierender Spannung zur Entwicklung des S-N-Diagramms von Fig. 4 benutzt wurden. Die Tests wurden nach zehn Millionen Zyklen beendet, wenn in einer gegebenen Probe noch kein Ermüdungsversagen aufgetreten war.
Die visuelle Untersuchung der wärmebehandelten Proben zeigte, dass diese Proben kein Zeichen einer physikalischen Beschädigung oder Verformung aufwiesen, was mit einem "geht/geht nicht"-Test mit entsprechendem Innengewinde bestätigt wurde. Resultate der metallographischen Untersuchung der wärmebehandelten Proben zeigte, dass das Gefüge in den Zähnen und den meisten einsatzgehärteten Regionen ungetemperter Martensit war, wobei ein Übergang zu der ursprünglichen getemperten Martensitstruktur an den radial einwärts befindlichen Grenzen der einsatzgehärteten Regionen vorhanden war. Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 ausgeführt, erstreckten sich die einsatzgehärteten Regionen nicht durch den Abschnitt der Übergangsregion unmittelbar benachbart den Gewinden, sondern sie fielen auf ein Minimum (eine Einsatztiefe von im Wesentlichen null um) unmittelbar außerhalb der Gewinde und nahmen dann wieder in dem Abschnitt der Übergangsregion, die dem Schaft am nächsten ist, zu. Die Schäfte der wärmebehandelten Proben schienen auch im Wesentlichen ohne einsatzgehärtete Region zu sein. Solche Abschnitte der Übergangsregionen, die den Schäften am nächsten lagen, waren bis zu einer Tiefe etwa gleich der Tiefe der einsatzgehärteten Region der Gewinde einsatzgehärtet.
Härtemessungen der wärmebehandelten Proben zeigten, dass die Zähne bei einer Einsatztiefe von etwa 1 mm (etwa 0,040 inch) unterhalb des Kerndurchmessers jeder Probe im Wesentlichen durchgehärtet waren. Die gemessene Härte lag im Bereich von etwa 50 bis 55 Rc nahe den Spitzen der Zähne, etwa 50,5 bis 53,5 Rc nahe den Füßen der Zähne, wobei eine minimale Härte von etwa 42 bis 51 Rc bei etwa 1 mm unterhalb der Füße der Zähne gemessen wurde. Kernhärten der Proben lagen im Bereich von etwa 34 bis 35 Rc.
Die in Fig. 4 dargestellten Resultate zeigen, dass die Ermüdungs-Eigenschaften der wärmebehandelten Proben überraschend und signifikant besser waren als die der Grundlinien (nicht wärmebehandelten)-Proben. Im Allgemeinen war die Haltbarkeitsgrenze der wärmebehandelten Proben etwa 30 bis 70 MPa (etwa 4 bis 10 ksi) besser als die der Grundlinien-Proben, was grob eine Erhöhung von 100% bis 200% ausmacht. Eine solche Erhöhung der Ermüdungs-Festigkeit wurde als unerwartet gut angesehen, insbesondere im Hinblick auf die begrenzten und selektiven einsatzgehärteten Regionen innerhalb einer begrenzten Zahl von Bolzen-Gewindegängen. Durch härtere und tiefere einsatzgehärtete Regionen charakterisierte Proben waren im Allgemeinen empfindlicher für ein Reißen in den Zähnen, was die Selektivität und Kontrolle anzeigt, die während der Wärmebehandlung ausgeübt werden muss, um die Ermüdungs-Eigenschaften zu verbessern. Insgesamt erwies sich dieses erfindungsgemäße Induktions-Härtungsverfahren als sehr viel wirksamer bei der Verbesserung von Ermüdungs-Eigenschaften von Gewinde-Befestigungselementen als konventionelle Härtungstechniken, wie Sandstrahlen und Gewindewalzen. Optimale Bedingungen waren allgemein eine Einsatztief von etwa 1 mm und eine maximale Härte von etwa 50 Rc, die durch Sandstrahlen und Gewindewalzen nicht möglich sind.
In Anbetracht des Obigen ist klar, dass ein signifikanter Vorteil dieser Erfindung ist, dass verbesserte Ermüdungs-Eigenschaften in Befestigungselementen erzielt werden können, wenn einsatzgehärtete Regionen selektiv in den Gewinderegionen der Befestigungselemente entwickelt werden. Erwünschte Resultate wurden erhalten, wo das Induktionshärten in den Gewindegängen nächst der Gewinde/Schaft-Grenzfläche induziert wurden, im Gegensatz zu einer Behandlung, bei der alle Gewindegänge und der Schaft gehärtet werden. Ein anderer signifikanter Vorteil ist es, dass das Verfahren dieser Erfindung unter Benutzung einer konventionellen Induktions-Wärmebehandlung-Ausrüstung ausgeführt werden kann und nicht speziell angepasst werden muss, um an die irreguläre Geometrie von in Gaskompressoren und Turbinen eingesetzten Bolzen angepasst zu werden.

Claims

1. Befestigungselement (10) aus martensitischem korrosionsbeständigem Stahl mit verbesserter Ermüdungsfestigkeit, wobei das Befestigungselement umfasst:

einen gewindefreien Schaft (12), einen Gewindeabschnitt (16a) und eine Übergangsregion (14a) zwischen dem Schaft und dem Gewindeabschnitt,

wobei die Übergangsregion (14a) einen ersten Abschnitt im Abstand von dem Schaft und einen zweiten Abschnitt unmittelbar benachbart dem Schaft aufweist, so dass er zwischen dem ersten Abschnitt und dem Schaft liegt und

der Gewindeabschnitt (16a) benachbart dem ersten Abschnitt der Übergangsregion derart angeordnet ist, dass die Übergangsregion zwischen dem Schaft und dem Gewindeabschnitt angeordnet ist, der Gewindeabschnitt mehrere Gewindegänge umfasst, wobei ein erster Satz der Gewindegänge am nächsten an der Übergangsregion angeordnet ist, und ein zweiter Satz von Gewindegängen am weitesten entfernt von der Übergangsregion angeordnet ist, wobei der Gewindeabschnitt einen Kerndurchmesser entsprechend den Füßen der Gewindegänge aufweist, dadurch gekennzeichnet,

dass der erste Satz von Gewindegängen eine einsatzgehärtete Region (20) bis zu einer Tiefe unterhalb des Kerndurchmessers des Gewindeabschnitts aufweist und der Schaft frei ist von einer einsatzgehärteten Region.

2. Befestigungselement nach Anspruch 1, worin der erste Abschnitt der Übergangsregion (14a) im Wesentlichen frei ist von einer einsatzgehärteten Region.

3. Befestigungselement nach Anspruch 1, worin der zweite Abschnitt der Übergangsregion bis zu einer Tiefe etwa gleich der Tiefe der einsatzgehärteten Region des ersten Satzes von Gewindegängen einsatzgehärtet ist.

4. Befestigungselement nach Anspruch 1, worin der zweite Satz von Gewindegängen frei von einer einsatzgehärteten Region ist.

5. Befestigungselement nach Anspruch 1, worin das Befestigungselement außerhalb der einsatzgehärteten Region eine Härte von etwa 35 Rc aufweist.

6. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Übergangsregion einen im Vergleich zum Schaft verringerten Durchmesser aufweist.

7. Turbinenrotor-Bolzen aus martensitischem korrosionsbeständigem Stahl mit verbesserter Ermüdungsfestigkeit, worin der Bolzen umfasst:

wobei sich der Gewindeabschnitt (16a) an einem distalen Ende des Bolzens befindet und mehrere Gewindegänge umfasst, ein erster Satz der Gewindegänge am nächsten zum Schaft angeordnet ist und ein zweiter Satz von Gewindegängen am weitesten entfernt vorn Schaft angeordnet ist, wobei der Gewindeabschnitt einen Kerndurchmesser entsprechend den Füßen der Gewindegänge aufweist, und

die Übergangsregion (14a) einen ersten Abschnitt unmittelbar benachbart dem ersten Satz von Gewindegängen und einen zweiten Abschnitt unmittelbar benachbart dem Schaft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Satz von Gewindegängen eine einsatzgehärtete Region (20) aufweist, die sich bis zu einer Tiefe in den Bolzen unterhalb des Kerndurchmessers des Gewindeabschnitts erstreckt, wobei der erste Abschnitt der Übergangsregion im Wesentlichenf rei von einer einsatzgehärteten Region ist und der Schaft und der zweite Satz von Gewindegängen frei von einer einsatzgehärteten Region sind.

8. Turbinenrotor-Bolzen nach Anspruch 7, worin der zweite Abschnitt der Übergangsregion bis zu einer Tiefe etwa gleich der Tiefe der einsatzgehärteten Region des ersten Satzes von Gewindegängen einsatzgehärtet ist.

9. Turbinenrotor-Bolzen nach Anspruch 7, worin die einsatzgehärtete Region eine Härte von mindestens etwa 42 Rc aufweist, und der Bolzen außerhalb der einsatzgehärteten Region eine Härte von weniger als der der einsatzgehärteten Region hat.

10. Verfahren zum Verbessern der Ermüdungsfestigkeit eines Befestigungselementes aus martensitischem korrosionsbeständigem Stahl, wobei das Verfahren die Stufen umfasst:

Bilden des Befestigungselementes mit einem gewindefreien Schaft (12), einem Gewindeabschnitt (16a) und einer Übergangsregion (14a) zwischen dem Schaft und dem Gewindeabschnitt, wobei der Gewindeabschnitt mehrere Gewindegänge umfasst, ein erster Satz der Gewindegänge am nächsten zum Schaft angeordnet ist und ein zweiter Satz der Gewindegänge am weitesten entfernt vom Schaft angeordnet ist, wobei der Gewindeabschnitt einen Kerndurchmesser entsprechend den Füßen der Gewindegänge aufweist, die Übergangsregion einen ersten Abschnitt unmittelbar benachbart dem ersten Satz von Gewindegängen und einen zweiten Abschnitt unmittelbar benachbart dem Schaft aufweist, gekennzeichnet durch

Entwickeln einer einsatzgehärteten Region (20) in dem ersten Satz von Gewindegängen, wobei die einsatzgehärtete Region derart entwickelt wird, dass sie sich bis zu einer Tiefe unterhalb des Kerndurchmessers des Gewindeabschnittes in das Befestigungselement erstreckt, wobei der Schaft frei von einer einsatzgehärteten Region ist.