Spektrum gängige Spezifikationen erreichbar sind, wobei eine statistische Absicherung noch fehlt. Es ist weiterhin geplant, künftig den Abschreckprozess durch die Variation von Abschreckmedien, insbesondere deren Zusammensetzung, zu optimieren und somit den Anteil der rissbehafteten Achsschenkel zu minimieren. n Die beteiligten Projektpartner waren: • CDP BHARAT FORGE GmbH • Hirschvogel Umformtechnik GmbH • Industrieverband Massivumformung e. V. (Projektkoordination) • Labor für Massivumformung (LFM) • MAHLE Motorkomponenten GmbH • Rasche Umformtechnik GmbH & Co KG • SMS Elotherm GmbH • Zenergy Power GmbH Das Verbundprojekt ENERMASS, in dem die Umsetzungsmaßnahmen erarbeitet und bewertet wurden, wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept „Forschung für die Produktion von morgen“ unter dem Förderkennzeichen 02 PO 2000 gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Dr.-Ing. Johannes Arndt Dipl.-Ing. Olaf Wehming 42CrMo4 Soll Ist Rp0,2 MPa > 650 772 Rm MPa 900 – 1050 917 A % > 12 15 Z % k. A. 51 Av (DVM, RT) J > 60 83 SchmiedeJOURNAL März 2013 65 Bild 2: Kolben aus 42CrMo4 (zwei Ansichten). Bild 3: Achsschenkel aus 38MnB5. Ergebnisse zur Verbesserung der Produktspezifikationen Für die Überprüfung wurden zwei Referenzbauteile ausgewählt: • Monothermkolben aus dem Werkstoff 42CrMo4, • Nutzfahrzeugachsschenkel aus dem Werkstoff 38MnB5. Im ersten Versuch wurden die Bauteile direkt aus der Schmiedehitze ohne weitere Maßnahmen in einem wasserbasierten Abschreckmittel abgeschreckt, die sich anschließende Fertigung wurde ohne Änderungen durchgeführt. Bei der abschließenden Überprüfung zeigten sich auf beiden Bauteilen Risse, welche auf die Höhe der Temperatur vor dem Abschrecken und auf die stark unterschiedliche Temperaturverteilung in den verschiedenen Querschnitten der Schmiedeteile zurückzuführen sind. Zur Vermeidung der Risse wurde eine zweite Versuchsreihe mit einem Ausgleichsofen durchgeführt. Der Ausgleichsofen, der zunächst mit einer Temperatur von zirka 1.000 °C betrieben wurde, hatte die Aufgabe, das Temperaturniveau auf die erforderliche Härtetemperatur abzusenken und dabei die angesprochenen Temperaturunterschiede über das gesamte Bauteil zu homogenisieren. Mit dieser Maßnahme konnte bei dem Kolben bereits eine vollständige Erfüllung aller Kundenforderungen erreicht werden. Bei dem Achsschenkel hingegen wurden zwar die Risse durch den Ausgleichsofen vermieden, jedoch wurde, wie bereits im ersten Versuch, die geforderte Kerbschlagarbeit von 30 Joule nicht erreicht. Für den Achsschenkel folgten weitere Versuche, in denen • die Temperatur des Ausgleichsofens auf 840 bis 900 °C gesenkt wurde, • der Werkstoff 38MnB5 mit Niob mikrolegiert wurde und • die Anlasstemperatur zwischen 580 und 650 °C variiert wurde. Dabei konnte die Kerbschlagarbeit an der Rundkerbprobe von 8 auf 25 Joule gesteigert werden, der spezifizierte Wert von 30 Joule wurde aber verfehlt. Da der Kolben aus dem Werkstoff 42CrMo4 mit dem Ausgleichsofen alle Anforderungen erfüllt hat, sollte als letzter Versuch auch ein Achsschenkel aus dem Werkstoff 42CrMo4 hergestellt werden. Wie beim Kolben wurden beim Achsschenkel aus 42CrMo4 die Maßhaltigkeit, die Festigkeitskennwerte, die Zähigkeitskennwerte und die geforderte Mikrostruktur eingehalten. Ein Teil der Achsschenkel fiel jedoch mit Rissfehlern aus. Zusammenfassung Durch die Versuche im Rahmen des Projekts konnte gezeigt werden, dass • ein Ausgleichsofen hinter der Schmiedelinie erforderlich ist, um Maßhaltigkeit und Rissfreiheit von komplexen Gesenkschmiedeteilen zu gewährleisten, • alle spezifizierten Festigkeits- und Zähigkeitsanforderungen aus dem Zugversuch erfüllt werden, • die Kerbschlagarbeitswerte wegen des prinzipbedingten, gröberen Austenitkorns niedriger liegen und geforderte Spezifikationen nicht erfüllt werden, • die Kerbschlagarbeitswerte durch Verwendung eines Nb-mikrolegierten Stahls zwar verbessert, trotzdem aber gängige Spezifikationen nicht erfüllt werden können, • die Kerbschlagarbeitswerte durch Verwendung eines anlassbeständigeren Stahls soweit verbessert werden können, dass Bild 4: Temperaturverteilung am Achsschenkel direkt nach dem letzten Umformschritt und nach 30 Sekunden (Werte in Klammern). Bild 5: Mechanische Kennwerte nach den letzten Variationen am Beispiel eines Achsschenkels aus 42CrMo4. Bilder: Autoren
2013-03-Schmiede-Journal
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