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SchmiedeJOURNAL

Stahl-Innovationspreis 2015 Bewerben Sie sich jetzt SchmiedeJOURNAL September 2014 41 Fachbeiträge Fazit Der bainitische Stahl 20MnCrMo7 eignet sich für die Herstellung von hochfesten Bauteilen sowohl aus der Kalt- als auch aus der Warmformgebung und kann als Ersatz für Vergütungs oder Einsatzstähle verwendet werden. Je nach verwendetem Fertigungsprozess kann er dazu beitragen, Prozess oder Materialkosten einzusparen. Durch die Entwicklung von hochfesten bainitischen Stählen wird die Erschließung von stofflichem Leichtbau und gleichzeitig eine kosten- und/oder energieeffiziente Fertigung ermöglicht. n Literatur 1 Langner, H.; Beyer, C.; Engineer, S.; Franke, A.; Janßen, P.: A new high strength steel: 20MnCrMo7, SCT 2008, 2nd International Conference on Steels in Cars and Trucks, Wiesbaden, June 1st to 5th, 2008, p. 72. Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 2008. 2 Hartmann, H.; Biermann, D.; Engineer, S.; Merkel, C.: Investigations on machining of high strength bainitic steels, 4th International Conference on Steels in Cars and Trucks SCT 2014, Braunschweig, June 16-19 2014, pp. 141-148. Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 2014. 3 Engineer, S.; Justinger, H.; Janßen, P.; Härtel, M.; Hampel, C.; Randelhoff, F.: Technological Properties of the New High Strength Bainitic Steel 20MnCrMo7, 3rd International Conference on Steels in Cars and Trucks SCT 2011, Salzburg, June 5-9 2011, pp. 404-411. Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 2011. 4 Engineer, S.; Härtel, M.; Weiße, M.: Influence of Titanium Precipitations in High Strength Steels on the Fatigue Behaviour of High Pressure Automotive Components, 4th International Conference on Steels in Cars and Trucks SCT 2014, Braunschweig, June 16-19 2014, pp. 655-662. Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 2014. 5 Engineer, S.; Merkel, C.; Wewers, B.: EZM Mark 20MnCrMo7 – Ein neuer hochfester bainitischer Stahl, Produktbroschüre, EZM 2014, online unter http://www.ezm-mark. de/311/Downloads.htm. Dipl.-Ing. Charlotte Merkel auf seine Eignung für kaltumgeformte Bauteile untersucht. Der Düsenkörper für die Krafteinspritzung stellt dabei ein Bauteil dar und ist ebenfalls im Common-Rail-Dieselmotor verbaut. Düsenkörper für das Common Rail werden in Serie aus dem Werkstoff 18CrNi8 gefertigt. Die Bauteile werden fließgepresst und einsatzgehärtet. Sie sind in der Spitze sehr dünn und Druckimpulsen hoher Frequenz und Amplitude ausgesetzt, wodurch die Schwingfestigkeit eine entscheidende Rolle bei der Materialauswahl spielt. Der Stahl 20MnCrMo7 weist vergleichbare mechanische Kennwerte auf wie der 18CrNi8 und eignet sich ebenfalls für die Einsatzhärtung, er wurde daher von Continental und EZM gemeinsam auf seine Eignung für dieses Bauteil untersucht 4. Im Gefügebild in Bild 3 sind, bedingt durch die Mikrolegierung mit Titan, feine Titancarbonitride (in gelb) erkennbar. Ihre Größe liegt meist um 15 μm, kann jedoch bis zu 25 μm betragen. Es konnte in den unten beschriebenen Dauerschwingversuchen und Pulstests nachgewiesen werden, dass diese im Wälzlagerbereich als extrem schädlich für die Schwingfestigkeit betrachteten Einschlüsse für den Einsatz des Stahls 20MnCrMo7 in Düsenkörpern keine Rolle spielen. An je fünf blindgehärteten und auf 450 bis 464 HV10 angelassenen Proben aus 20MnCrMo7 und 18CrNi8 mit 13 mm Durchmesser wurden am Fraunhofer LBF Darmstadt Treppenstufenversuche (Durchläufer = 107 Schwingspiele) zur Abschätzung der Schwingfestigkeit durchgeführt. Dabei wurde der Umfang der Probe bewusst nicht gekerbt, um eine möglichst hohe Zahl an Ti(C,N)-Einschlüssen im Probenquerschnitt vorliegen zu haben. Die Ergebnisse der Treppenstufenversuche sind Tabelle 1 zu entnehmen und zeigen bei 20MnCrMo7 eine Dauerschwingfestigkeit von zirka 550 MPa, etwas oberhalb derjenigen von 18CrNi8. Weitere Versuche laufen zur Zeit. Ferner wurden bei Continental Hochdruck Pulstests an kaltfließgepressten, einsatzgehärteten, düsenkörperförmigen Proben durchgeführt. Diese werden zur Ermittlung der Überlebenswahrscheinlichkeit herangezogen. Hier kam es nach 106 Lastspielen bei der höchsten verwendeten Druckamplitude von 4.250 bar beim 20MnCrMo7 zum Ausfall bei drei von acht Teilen (37,5 Prozent), beim 18CrNi8 von 90 Prozent der Teile. Keins von sieben bei einer Druckamplitude von 4.000 bar ausgefallenen Teilen ging an einem Carbonitrid zu Bruch, sondern es zeigten sich unvermeidbare, mikroskopisch kleine, meist oxidische Einschlüsse als Bruchausgang. Eine eingehende Beschreibung dieser Untersuchungen ist Engineer et al 4 zu entnehmen. Es bleibt festzuhalten, dass sich in diesem Falle die Dauerschwingfestigkeit des 20MnCrMo7 als dem 18CrNi8 überlegen herausgestellt hat. Grund hierfür ist vermutlich das duktile Verhalten der bainitischen Matrix. Dr.-Ing. Serosh Engineer Vier Kategorien Produkte aus Stahl Stahl in Forschung und Entwicklung Stahl im Bauwesen Stahl-Design Sonderpreis „Klimaschutz mit Stahl“ Preisgelder 70.000 Euro Teilnahme kostenfrei Einsendeschluss 15. Januar 2015 Wirtschaftsvereinigung Stahl Abteilung Marketing Sohnstr. 65, 40237 Düsseldorf Tel.: 0211-6707-850 Fax: 0211-6707-344 sip@wvstahl.de www.stahl-innovationspreis.de


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