Spektrum 10 s 40 s 60 s 120 s Bild 1: Übersicht zum Einfluss von Temperatur und Pausenzeit auf die Porenausbildung im Primärzunder am Beispiel der Stahlmarke C45 (500-fache Vergrößerung). SchmiedeJOURNAL März 2013 57 auf die äußeren Belastungen (zum Beispiel Spannungen) während des Prozesses. Sie unterscheiden sich auch in der volumenmäßigen Ausbildung. Der Primärzunder entsteht bei Wiedererwärmung des Ausgangsmaterials (meistens in konventionellen Öfen, geprägt durch hohen Materialverlust) und erfährt keine äußeren Beanspruchungen. Durch langsames Erwärmen des Vormaterials vor dem Umformprozess kann sich dieser Zundertyp ungehindert ausbilden. Diese Zunderart ist deshalb auch massemäßig am stärksten ausgeprägt. Der Primärzunder wird idealerweise durch einen Hochdruckzunderwäscher oder durch das Vorstauchen der Proben von der Oberfläche entfernt. Erst anschließend bilden sich die beiden anderen Zunderarten chronologisch aus. Für sie sind weniger Masseverluste, bezogen auf das Grundmaterial, charakteristisch, weil die Oxidationszeiten kürzer sind und die Umformtemperaturen sinken. Im Verlauf der Umformung wirken auf die beiden zuletzt genannten Zundertypen unterschiedliche Spannungen ein, was deren Wachstum beeinflusst. Eigenschaftsbestimmung der einzelnen Zunderbestandteile Während einer konventionellen Warmumformung lässt sich eine Zunderbildung nicht vollständig vermeiden, weil spätestens in der Transportstufe zwischen Ofen und Zunderwäscher beziehungsweise Ofen und Umformwerkzeug die Metalloberfläche mit dem Luftsauerstoff reagiert und sich Metalloxide ausbilden. Eine Abschottung der Anlagen und des Umformgutes vom Sauerstoff als Präventionsmaßnahme ist nur mit hohen Investitionen und erheblichen konstruktiven Mehraufwand möglich, so dass sie in realen Produktionsprozessen kaum realisierbar ist. Aktuell wird angestrebt, die Zunderdicke durch Reduzierung des Sauerstoffpartialdruckes zu minimieren. Damit geht ein geringer Materialverlust einher, was einen wesentlichen Beitrag zur Ressourcenschonung darstellt. Die dünneren Oxidschichten auf dem Umformgut bedingen jedoch grundlegende Anpassungen der weiteren Verbreitungsstufen, insbesondere hinsichtlich der Möglichkeiten zur Entzunderung sowie des Umformverhaltens. Aus diesem Grund muss die Zunderschicht mit ihren jeweiligen Eigenschaften bei der Auslegung von Verarbeitungsprozessen berücksichtigt werden. Bei den meisten bisherigen Untersuchungen wurde der Zunder im wiedererwärmten Zustand und als eine Gesamtschicht betrachtet. Das wird allerdings dem Zunder, der aus mindestens drei geschichteten Eisenoxiden mit stark schwankenden Strukturmerkmalen verschiedener chemischer Zusammensetzung und den damit einhergehenden Inhomogenitäten bezüglich der Umformeigenschaften besteht, nicht gerecht. Das Ziel der eigenen Untersuchungen war, die drei Eisenoxide isoliert und unabhängig voneinander zu untersuchen und ausgewählte Umformeigenschaften zu ermitteln. Das soll unter Verwendung von reinen Oxidpulvern, die verpresst, wärmebehandelt und anschließend umgeformt werden, möglich sein. An den dabei entstehenden Prüfkörpern könnten die oxidabhängigen Umformeigenschaften bestimmt werden. Durch die Erzeugung unterschiedlicher Prüfkörpergeometrien wurde eine Möglichkeit geschaffen, sowohl im Stauchversuch die Fließspannungen bei erhöhten Umformgeschwindigkeiten zu messen als auch im 3-Punkt-Biegeversuch die kritischen Spannungen für Risswachstum zu untersuchen. Die Rissinitiierung erfolgte, wie es die DN EN ISO 15732 verlangt, über drei symmetrisch aufgebrachte Vickers-Eindrücke auf der schmaleren Probenseite. Eigenschaften der Eisenoxide während der Warmumformung Das Umformverhalten des mehrschichtigen Zunders während der Warmumformung ist in erster Linie vom Grundwerkstoff, dem vorherrschenden Temperaturniveau, von Umformfolge und vom Umformgrad sowie vom Zunderaufbau abhängig 2 - 8. Während des Umformens werden die Eisenoxide mit steigenden Temperaturen und kleinen Umformgraden sowie dünnen Schichten plastisch, ohne dass es zu einer durchgängigen Rissbildung kommt, umgeformt 7 - 8. Dabei ist das Umformvermögen des Zunders nicht proportional zum Metall, da es mit fortlaufenden Deformationsschritten abnimmt. 1000 °C 15 % Poren 18 % Poren 24 % Poren 28 % Poren 1200 °C 18 % Poren 26 % Poren 31 % Poren 39 % Poren
2013-03-Schmiede-Journal
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