Fachbeiträge Der Einsatz von Stickstoff führt, je nach Werkstoff, ebenfalls zur Festigkeitssteigerung, bedingt jedoch zum einen teilweise höhere Um form kräfte und zum anderen sind Risiken (Wasser stoff anfälligkeit) zu vermeiden bezieh ungs weise zu berücksichtigen. Prozesse mit deutlich erhöhten Aluminiumgehalten als bisher üblich, benötigen in der gesamten Pro-zess kette noch die meiste Projektarbeit. In Tabelle 2 sind die Erkenntnisse beim Einsatz von bainitischen Stählen dargestellt. Die beschriebenen Materialeigenschaften sind, geeignete Analyse vorausgesetzt, durch eine gezielt extrem schnelle Abkühlung aus der letzten Umformhitze einstellbar, wobei das Bau teil während der Abkühlung lange in der Bainitphase um 400 bis 480 °C gehalten werden muss. Das Material weist Werkstoff-Beispiele, Lösungsvorschläge für hochfeste Anwendungen: Bainit: Rm > 1.400 MPa, wichtig: Abkühlung aus UmformProzess AFP: Rm > 1.000 MPa, wichtig: Abkühlung aus UmformProzess Einsatzhärter: Rm > 1.000 MPa + Aufkohlung; wichtig: Reinheitsgrad, Analyse Vergütungsstähle: Rm > 1.300 MPa, wichtig: Eigenspannung CStähle: Induktiv härtbar > 62 HRC, Vorsicht: Dehnung, dynamische Belastbarkeit Nitrierstähle: Hohe Oberfl ächenhärte, Rm > 1.000 MPa; KBZ hoch RostfreiAushärter: Rm > 1.200 MPa, Kerbschlagzähigkeit hoch, für SonderKorrosionsbeanspruchung, 100Cr6 u. ä.: Hohe Oberfl ächenhärte, verschleißfest; Sonderanalysen gefordert 32 SchmiedeJOURNAL März 2014 dann bereits die hohe Festigkeit auf, wobei zu berücksichtigen ist, dass jede weitere Kaltbearbeitung in dieser Festigkeit stattfi ndet. Im Zuge der Betrachtung hochfester Stähle gewinnen sowohl Wälzlagerstähle als auch Nitrier stähle wieder an Bedeutung. Bei den Wälz lagerstählen steht die Verschleißfestigkeit im Vordergrund, das heißt hier gibt es nun mehr Werkstoffvarianten, die spezifi sch nicht nur die Wälzfestigkeit, sondern auch abra siven Verschleiß berücksichtigen. Diese Modi fi kation zielt zum einen auf höchsten Rein heitsgrad und niedrigste Schwefelgehalte dieser Stähle ab, andererseits werden die Mög lich-keiten erhöhten Aluminiumgehalts für TRIPEffekt ausscheidungshärtend und gegebenen-falls Mischkristall-Bildung genutzt. Die Misch-Nitrierstähle erfahren pers pek-ti visch eine durchaus vereinfachte und damit kosten günstigere Fertigung als früher, da es Möglich keiten gibt, diese Stähle aus der Um-form hitze direkt zu härten, an zu lassen und nach dem Nitrieren mithilfe des Nitrier vor-ganges direkt als weiteren Anlass vor gang als an lass beständig zu deklarieren. Werk stoff-ab hängig sind hier neben Festigkeiten von über 1.000 MPa im Grund werk stoff auch ansprechende Kerbschlagzähigkeiten zu er zie-len. Nähere Angaben sind in Tabelle 3 dar ge-stellt. In Tabelle 4 fi ndet sich beispielhaft eine Aufl istung von hochfesten Werkstoffen. Konstruktive Lösungsansätze beim massiven Leichtbau Es sind deutliche Gewichtsreduzierungen bei Schmiedestücken durch Nutzung aller Tech-no lo gien möglich. Schmiedetechnisch kann durch Aus sparungen und Einschnürungen sowie endabmessungsnahes Umformen spe-ziell bei nicht rotations symmetrischen Teilen deut lich Gewicht gespart werden. Zudem ist es im Einzelfall bereits möglich, durch Ver bund-schmie den mit dem Träger werk stoff zum Bei-spiel Funktionsfl ächen aus anderen Werk stoffen her zu stellen. In diesem Fall gibt es fer ti gungs - technisch eine Vielzahl von Prozes s schritten, die je nach Geometrie und Anspruch an das Bauteil umgesetzt werden können und ein hohes Potenzial an Gewichtseinsparungen bieten. Fazit Am Beispiel der Initiative Massiver Leicht-bau mit Massivumformern und Stahl her stel-lern hat sich gezeigt, dass eine Zu sammen-arbeit zwischen allen Pro zess be tei ligten auf-grund der langen und kom plexen Prozesse zwingend erforderlich ist, um Ge wichts-einsparungen am Schmie deteil zu er reichen. Dies ist, wie sich an einigen Beispielen mit Ge wichts ein sparungen von bis zu 25 Prozent ge zeigt hat, durchaus ohne zuwachsende Risiken möglich. Es stehen heute Werkstoffe zur Ver fü gung, die in robusten Prozessen sicher her stell bar sind und das gewünschte Eigen-schafts bild bei hinreichender Duktilität und Dauer festig keit garantieren. Hierbei können sogar bisherige Fertigungsprozesse, ins be-son dere in der Wärmebehandlung, abgekürzt werden. Die Prozesse selbst sind jedoch hoch an spruchs voll und daher in engen Grenzen zu führen, speziell was den Bereich der Werk-zeuge betrifft. Das Nahziel muss daher sein, neben der Steigerung des Be kannt heits grads auch In for ma ti onen über die Ver ar bei-tungs pro zesse hoch-fester Werk stoffe weiter zu geben und somit den Kon struk-teuren Mög lich keiten zur Nut zung dieser Pro zesse an die Hand zu geben. n Dipl.Ing. Frank Wilke Werkstoffbetrachtung hochfester Stähle Wälzlagerstähle ähnlich 100Cr6: • Einstellen besten Reinheitsgrads (Makro, Meso, Mikro) • Ausnutzen TRIPEffekt (Si, Al) zur Verzögerung der Karbidbildung • Durch Al AusscheidungsHärtung, Bildung einer KPhase • Durch Al MischkristallVerfestigung • Einstellen niedrigster Schwefelgehalte, z. B. < 0,001 % S Nitrierstähle ähnlich 8CrMo16: • Grundfestigkeit dynamisch vergütet > 1.000 MPa • Nach Nitrieren KBZ – 20 °C > 50 Joule • Anlassbeständig beim Nitriervorgang (kein Verzug) • KBZ = Kerbschlagzähigkeit Tabelle 3: Werkstoffbetrachtung hochfester Stähle (2). hoher Aufwand Tabelle 4: WerkstoffBeispiele und Lösungsvorschläge für hochfeste Anwendungen. Tabellen: Autor
2014-03-Schmiede-Journal
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