Technological Characteristics of AFP Steel in the Range between Room Temperature and 500 °C The economic advantages of forming in the temperature range below 500 °C directly from the forging heat result from the use of process heat and the possibility to integrate another forming stage in the entire process chain after forging and targeted heat treatment. The use of residual heat from the forging process allows an improvement of the energy footprint of the entire process chain Technologische Eigenschaften von AFP-Stahl im Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 500 °C Dieser Beitrag stellt die technologischen Maßnahmen zur Erweiterung der Verfahrensgrenzen des nachfolgenden Umformens von Schmiedeteilen aus hochfesten Stählen durch gezielte Nutzung der Schmiedehitze im Temperaturbereich unterhalb von 500 °C dar. Im Vergleich zu spanenden Verfahren oder inkrementellen Umformverfahren können dadurch wirtschaftliche und funktionelle Vorteile erzielt werden, die eine Herstellung von Net-Shape-Geometrien mit optimierten mechanischen Eigenschaften von Schmiedeteilen aus ausscheidungs härtenden ferritisch-perlitischen (AFP-)Stählen erlauben. Einleitung Die Anwendung einer direkten, kontinuierlichen Abkühlung der Schmiede teile von der Schmiedetemperatur (ohne Variation der Abkühlbedingungen während der Abkühlung) ist heute in vielen Schmiede betrieben gängige Praxis 1, 2. Die bisher derart hergestellten Schmiedeteile, hauptsächlich auf Basis der Legierung 38MnSiVS5 - 1.5231, weisen aber 54 SchmiedeJOURNAL September 2012 seit ihrer Ein führung niedrigere Zähig keiten im Ver gleich zu den konven tio nellen Vergü tungsstählen auf. Dieser Nach teil hat ihren An wendungs bereich auf nicht schlag artig bean spruch te Bau teile be schränkt. Daher werden im Rahmen dieser Ar beit die im Hin blick auf die Wei terent wick lung dieser Stähle wichtigen Fragen beant wortet, in wie weit durch eine gezielte Variation der Prozess para meter während der konti nuier lichen Ab kühlung eine ver besserte Kombination der Festig keits-Zähig keits-Eigenschaften erreicht werden kann. In Schmiedebetrieben wird in der Regel im Hinblick auf niedrige Umformkräfte und niedrigen Werkzeugverschleiß mit hohen Umformtemperaturen gearbeitet. Andererseits beeinfl usst der zu Beginn der γ/α-Umwandlung vorliegende Zustand des Austenits wesentlich das Umwandlungsgefüge. Eine durch Absenkung der Umformtemperatur erzielbare geringere Austenitkorngröße beziehungsweise ein verformter, nicht rekristallisierter Austenit lässt die Bildung eines feinkörnigeren Ferrit- Perlit-Gefüges mit verbesserter Zähigkeit erwarten. In ähnlicher Weise sollte eine Zunahme der Abkühlgeschwindigkeit zur Verfeinerung des Gefüges und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften führen. Einstufi ger Abkühlprozess mit Hilfe von Umluft-Kammerofen Mithilfe von aufgenommenen Zeit-Temperatur Umwandlungs-Schaubildern (ZTU) bezie hungs weise Um formung-Zeit-Tem pe ratur- Um wandlungs-Schau bildern (UZTU) für den AFP-Stahl wurden im Rahmen dieser Untersuchungen thermo mechanische Prozess ketten für das Schmieden von Scheiben (Primär proben) aus dem Stahl 38MnSiVS5 - 1.5231 festgelegt. Ziel der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Techno logie ist die Einstellung eines Ferrit- Perlit-Gefüges mit homogen ver teiltem Ferrit, kom biniert mit einem här teren Per lit, um so eine aus reichend hohe Duktilität bei gleichzeitig guter Festigkeit zu gewährleisten. Das Verfahrensprinzip der einstufi gen Abkühlung wird in Bild 1 verdeutlicht. Die wirtschaftlichen Vorteile durch die Umformung im Temperaturbereich unterhalb von 500 °C direkt aus der Schmiedehitze ergeben sich durch die Nutzung der Prozesswärme und die Möglichkeit, eine weitere Umformstufe innerhalb der Gesamtprozesskette nach Schmiedung und gezielter Wärmebehandlung zu integrieren. Die Nutzung der Restwärme aus dem Schmiedeprozess ermöglicht eine Verbesserung der energetischen Bilanz der gesamten Prozesskette durch den Entfall chemischer oder thermischer Härteverfahren für die Schmiedeteile aus AFP-Stahl. Darüber hinaus können durch eine Integration der Umformung im Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur (RT) und 500 °C in die Gesamtprozesskette hohe Mengenleistungen erzielt und so die Fertigungskosten pro Stück signifi kant gesenkt werden. Dipl.-Ing. Ehsan Hajyheydari, Prof. Dr.-Ing. Mathias Liewald MBA, Dr.-Ing. Alexander Felde, Stuttgart because chemical or thermal hardening processes for the AFP steel forging parts are eliminated. An integration of the forming in the temperature range between room temperature (RT) and 500 °C into the entire process chain can furthermore achieve high quantities and thus lower piece production cost signifi cantly. Spektrum
2012-09-Schmiede-Journal
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