Fachbeiträge ca. 12 % Preisvorteil Enden bearb. Prüfen Schleifen Richten Trennen Anlassen Rohmaterial (119% von C45Pb) C45Pb 20MnCrMo7 Enden bearb. Prüfen Schleifen Richten Trennen induktiv Vergüten induktiv Entspannen Verformen Rohmaterial 20MnCrMo7 18CrNiMo8 1.7911 1.5920 Bild 1: Kostenersparnis auf zwei Wegen: günstigerer Legierungszuschlag (links), Einsparung von Prozesskosten, hier am Beispiel Vergütungskosten Stabstahl (rechts). SchmiedeJOURNAL September 2014 39 diese Anforderungen können durch ein feinkörniges, bainitisches Gefüge erreicht werden. Geschmiedete Common Rails hoher Festigkeit ohne Vergütungsbehandlung Bei den Common-Rail-Dieselmotoren der kommenden Generation führen Drücke bis zu 3.000 bar dazu, dass die bisher im Schmiedeprozess eingesetzten AFP-Stähle, wie zum Beispiel der 38MnVS6, an ihre Leistungsgrenze kommen. Somit müssen hier höherfeste Werkstoffe einer anderen Werkstofffamilie zum Einsatz kommen. Hierzu eignen sich hochfeste Vergütungsstähle wie der 50CrMo4, jedoch würden hier notwendigerweise hohe Kosten für die Vergütung der Bauteile anfallen. Ein aus der Umformhitze in die bainitische Stufe umwandelnder Stahl vermeidet die zusätzlichen Kosten der Vergütungsbehandlung. Bild 2 zeigt die mechanischen Kennwerte von aus der Umformhitze an Luft abgekühlten Schmiedeteilen aus 20MnCrMo7 im Schmiedezustand vor dem Anlassen (Punkte bei T = 25 °C) sowie nach zweistündigem Anlassen bei verschiedenen Temperaturen. Die Festigkeit des bainitischen Stahls 20MnCrMo7 nach Luftabkühlung aus der Umformhitze – ob Stabmaterial aus der Walzhitze oder Schmiedeteile – liegt oberhalb von Rm = 1.150 MPa und kann bei dünnen Abmessungen auch bis zu 1.400 MPa bei Streckgrenzenwerten von Rp0,2 > 800 MPa erreichen. Gleichzeitig zeigen sich für diese Festigkeit relativ hohe Bruchdehnungswerte Z von > 50 Prozent, Kerbschlagarbeiten Av ≥ 40 J bei Raumtemperatur und Brucheinschnürungen von A5 > 15 Prozent. Es wird außerdem deutlich, dass es bei Temperaturen oberhalb 300 °C zu einem Anstieg der Streckgrenze kommt, erst bei Temperaturen oberhalb 500 °C fallen die mechanischen Kennwerte wieder ab. Dem Anstieg der Streckgrenze kann ein positiver Einfluss auf die Dauerfestigkeit zugeordnet werden, was wiederum für Bauteile unter Wechselbelastung von Vorteil ist. Hingegen kann das oberhalb 500 °C abfallende Festigkeitsverhalten genutzt werden, um den Stahl gezielt auf bestimmte Härtewerte anzulassen. So kann zum Beispiel eine Härte von zirka 35 HRC eingestellt werden, ohne dass eine Vergütungsbehandlung notwendig wird. Wie das an diesen Werten orientierte Beispiel in Bild 1b anhand von induktiv behandeltem Stabmaterial zeigt, kann hierdurch bei Einsatz des 20MnCrMo7 trotz des zirka 20 Prozent höheren Rohmaterialpreises eine Kostenersparnis von zirka 12 Prozent am fertig geschliffenen Stabprodukt erzielt werden. Erfahrungen im Betrieb zeigen, dass sich der bainitische 20MnCrMo7 gleich gut oder besser schleifen lässt als der vergütete C45Pb. Dieses Beispiel macht einmal mehr deutlich, dass bei der Teilefertigung für das Erreichen eines Kostenoptimums immer die gesamte Prozesskette betrachtet werden sollte, und bei der Auswahl eines Stahls nicht nur der reine Einsatzmaterialpreis eine Rolle spielen darf. Es konnte auch in einem vom Industrieverband Massivumformung e. V. koordinierten und an der TU Dortmund durchgeführten öffentlich geförderten AiF-Verbundforschungsprojekt nachgewiesen werden, dass sich bainitische Stähle ähnlich gut oder sogar besser zerspanen lassen als ein Vergütungsstahl mit ähnlichen mechanischen Kennwerten. Bei Einsatz von entsprechend angepassten Werkzeugen kann die Zerspanbarkeit beziehungsweise die Produktivität der Zerspanung auch unter Serienbedingungen gewährleistet werden, das heißt auf den gleichen Maschinen, die normalerweise für den deutlich weicheren 38MnVS6 zum Einsatz kommen 2. Nach Glühung auf Kaltumformbarkeit Für die Kaltverformung kann der Stahl 20MnCrMo7 auf Globularzementit (AC/GKZ) geglüht werden, wodurch ein für die Kaltverformung geeignetes Gefüge deutlich geringerer Festigkeit entsteht. Hierbei geht die bainitische Struktur verloren, es stellen sich Festigkeiten von Rm = zirka 620 MPa ein, bei Streckgrenzen Rp0,2 um 410 MPa. Durch eine aufwendigere Behandlung können auch noch niedrigere Festigkeitswerte (Rm zirka Bild 2: Anlassverhalten von Schmiedeteilen aus 20MnCrMo7 (17911). Rm = Zugfestigkeit; Rp0,2 = Streckgrenze; A5 = Bruchdehnung; Z = Brucheinschnürung; Av = Kerbschlagarbeit ISO V. 78 259 300 250 200 150 100 50 0 €/t (01.07.2014)
SchmiedeJOURNAL
To see the actual publication please follow the link above