Fachbeiträge Hochfester bainitischer Stahl 20MnCrMo7 für Umformanwendungen Einleitung Zurzeit erfahren Stähle mit bainitischem Gefüge aufgrund ihrer günstigen Kombination von Festigkeit und Zähigkeit erhöhte Aufmerksamkeit bei Stahlherstellern und deren Kunden. Der bainitische Stahl 20MnCrMo7 (1.7911) weist nach dem Ablegen an Luft aus der Schmiedehitze mechanische Kennwerte auf, die weitgehend mit denen von höherfesten Vergütungsstählen vergleichbar sind. Außerdem eignet sich der Werkstoff zum Einsatzhärten. Durch den niedrigen Nickelgehalt beträgt der Legierungszuschlag des 20MnCrMo7 zurzeit nur zirka 30 Prozent des Legierungszuschlags des Einsatzstahls 18CrNi8 (1.5920) (Bild 1a), für dessen 38 SchmiedeJOURNAL September 2014 Ersatz ein Beispiel aus dem Common-Rail- Dieseleinspritzbereich gegeben wird. Er kann nach einer AC-Glühung gut kalt umgeformt werden. Betrachtet werden das Einsatzhärteverhalten und die Dauerschwingfestigkeit von kalt verformten Bauteilen sowie die mechanischen Eigenschaften von Schmiedeteilen nach Abkühlen aus der Umformhitze und nach dem Anlassen. Auf Grundlage von Stabmaterial für die Zerspanung wird ein Preisvergleich mit dem induktiv vorvergüteten Kohlenstoffstahl C45Pb gezogen, der in diesem Fall für den im Grundpreis deutlich teureren 20MnCrMo7 positiv ausfällt. (Bild 1b). Mechanische Eigenschaften des Stahls 20MnCrMo7 Der Stahl 20MnCrMo7 wurde in Zusammenarbeit mit der Automobilzulieferindustrie entwickelt, primär um die steigenden Anforderungen an Werkstoffe für Common Rail Dieselmotoren mit Drücken bis zu 3.000 bar erfüllen zu können 1. Dabei sollte ein mit zirka 1.150 bis1.400 MPa möglichst festes und gleichzeitig zähes Gefüge eingestellt werden, welches ein gutes Dauerschwingfestigkeitsverhalten unter Wechselspannung aufweist. Gleichzeitig sollte der neue Stahl eine akzeptable Schweißbarkeit aufweisen. Alle To exploit material lightweight design potential, it is necessary to consider high strengths and yield points for the design of smaller dimensioned parts with the same performance. In addition, cost aspects must also be taken into account. By means of a lean, almost nickel-free alloying concept, the bainitic steel 20MnCrMo7 (1.7911) is more cost-effective and less prone to raw material price fluctuations than Cr-Ni steels. Cost savings on the end product do not necessarily depend on the raw material price; savings may also be achieved by means of a suitable, more expensive material if process costs, such as those for tempering, are not incurred. Here, too, 20MnCrMo7 holds potential due to the good mechanical properties attained by air cooling from the forging heat. High-Strength Bainitic Steel 20MnCrMo7 for Forging Applications Für die Realisierung von stofflichen Leichtbaupotenzialen sind sowohl hohe Festigkeiten und Streckgrenzen für die Erzeugung von Bauteilen gleicher Festigkeit bei reduzierter Dimensionierung, als auch Kostenaspekte zu berücksichtigen. Durch ein schlankes, fast nickelfreies Legierungskonzept ist der bainitische Stahl 20MnCrMo7 (1.7911) günstiger und weniger anfällig für Preisschwankungen im Rohmaterial als Cr-Ni-haltige Stähle. Dabei sind Kosteneinsparungen am Endprodukt nicht zwingend vom Rohmaterialpreis abhängig, sondern Einsparungen können auch durch einen geeigneten, teureren Werkstoff erzielt werden, nämlich wenn Prozesskosten, zum Beispiel für eine Vergütungsbehandlung, entfallen. Auch hier bietet der 20MnCrMo7 Potenzial aufgrund seiner aus der Umformhitze durch Abkühlung an Luft erreichten guten mechanischen Eigenschaften. Dipl.-Ing. Charlotte Merkel und Dr.-Ing. Serosh Engineer, Wetter-Wengern
SchmiedeJOURNAL
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