TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT
1: Semiindustrielle Herstellungsroute der Demonstratorbauteile
mittels Rasterelektronenmikroskop-(REM-)Untersuchungen. Einen
weiteren
Schwerpunkt
stellt die Beschreibung
des Effekts
der Ausscheidungshärtung
nach der definierten
Kaltumformung
in Kombination
mit den Bedingungen
der Wärmebehandlung
dar.
Dazu wurden Auslagerungstemperatur
und -dauer sowie der
Umformgrad
bei der Kaltumformung
variiert
und die verschiedenen
Versuchsbedingungen
mittels Härtemessung
untersucht.
Die Validierung
der Laborergebnisse
wurde an Demonstratorbauteilen
in Form von Schrauben und Gewindestangen
sowie an
gezogenen
Stäben durchgeführt.
Dazu wurde das geschmiedete
Vormaterial
mit einem Querschnitt
von 45 x 45 mm in semiindustriellem
Maßstab
entsprechend
der entwickelten
Warmwalztechnologie
am Institut
für Metallformung
auf einen Durchmesser
von 15,5 mm warmgewalzt
und gesteuert
abgekühlt.
Anschließend
wurden
die Stäbe von einem Ausgangsdurchmesser
von
15,5 mm auf Enddurchmesser
von 12,5 beziehungsweise
10,5 mm
gezogen,
um verschiedene
Kaltumformgrade
zu realisieren.
Aus
den gezogenen
Stäben wurden Schrauben
M10 aus 10,5 mm-
Stäben und Schrauben
M12 aus 12,5 mm-Stäben hergestellt
(Bild
1). Die Auslagerung
erfolgte
sowohl
an den hergestellten
Schrauben
als auch an Stababschnitten
der zwei unterschiedlichen
Endwalzdurchmesser.
ERGEBNISSE
Auf Grundlage
der numerischen Simulation
der Kinetik der
Kupferausscheidungen
und der Gleichgewichtsdiagramme
wurden optimale
Kupfergehalte
für die Ausscheidungshärtung
bestimmt.
Um das Kupfer nach der Warmumformung
in Lösung
zu halten, ist eine präzise und schnelle Abkühlrate
nötig. Da ein
vorzeitiges
Ausscheiden
von Kupfer mit steigenden
Kupfergehalten
ab 1 Gew.-% jedoch
zunehmend
schwieriger
zu verhindern
ist und Vorversuche
zum Ausscheidungsverhalten
gezeigt
haben, dass Kupfergehalte
von 1,5 Gew.-% gegenüber
Kupfergehalten
von 0,8 Gew. % keine Vorteile
bei der Ausscheidungshärtung
mit sich bringen, wurde die in Tabelle 1 dargestellte
Legierungsvariante
gewählt.
Es zeigte sich, dass bei dieser Variante
die Ausgangshärte
von 193 HV (≈ 618 MPa) nach der Warmumformung
für diverse
im Projekt
anvisierte
Anwendungsbereiche,
wie die Herstellung
kaltumgeformter
Massivbauteile,
zu hoch ist.
Daher wurde eine zweite Legierungsvariante
mit herabgesetzten
Kohlenstoff
und Mangangehalten
entwickelt,
die eine Ausgangshärte
von 168 HV (≈ 538 MPa) aufweist
(Tabelle 2).
Entsprechend
den Untersuchungen
am Umformsimulator
Bähr und den erstellten
U-ZTU-Schaubildern
stellt eine Austenitisierung
bei 1.100 °C und 3 Minuten sicher, dass Kupfer komplett
gelöst ist und die Bildung
von Grobkorn
und Widmannstättenferrit
unterdrückt
wird 5. Die Warmumformung
erfolgte
zwischen 1.050 und 900 °C und zeigte in diesem
Temperaturbereich
stabile Eigenschaften.
Zur Erreichung
einer ferritischperlitischen
Struktur
und um das zulegierte
Kupfer in Lösung
zu halten, muss nach der Umformung
zweistufig
(ohne Haltezeit)
abgekühlt
werden.
Zunächst
relativ schnell mit 5 K/s auf
700 °C und in der zweiten Stufe dann mit 1 K/s bis auf RaumBild
C Mn Si P S Cr Mo Cu Ni N Al
Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% ppm Gew.-%
0,24 1,12 0,11 0,003 0,002 0,20 0,041 0,80 0,40 110 0,039
Tabelle1: Chemische Zusammensetzung der Legierungsvariante 1
C Mn Si P S Cr Mo Cu Ni N Al
Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% ppm Gew.-%
0,16 0,85 0,10 0,005 0,003 0,20 0,043 0,77 0,40 130 0,038
Tabelle 2: Chemische Zusammensetzung der Legierungsvariante 2
68 massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2018