TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT
Prof. Dr.-Ing. Tobias Melz
leitet
das Fachgebiet
Systemzuverlässigkeit,
Adaptronik
und Maschinenakustik
SAM der
Technischen
Universität
Darmstadt
und des
Fraunhofer-Instituts
für Betriebsfestigkeit
und
Systemzuverlässigkeit
LBF in Darmstadt
Dipl.-Ing. Alexander Chugreev
ist Bereichsleiter
der Materialcharakterisierung
und Simulation
am Institut
für Umformtechnik
und Umformmaschinen
(IFUM) der Leibniz
Universität
Hannover
Dipl.-Ing. Martin Bonhage
ist Bereichsleiter
der Massivumformung
am
Institut
für Umformtechnik
und Umformmaschinen
(IFUM) der Leibniz Universität
Hannover
Vorangegangene
Forschungsprojekte
zur Gratnaht
1 und zum
Faserverlauf
2 adressierten
zwar eine
ähnliche
Fragestellung,
waren
aber nicht auf die Verformung
der Mangansulfide
fokussiert,
welche
häufig
in der Gesenkteilungsebene
auft
ritt.
UMFORMTECHNISCHE
VERSUCHSDURCHFÜHRUNG
Wie wirkt sich der Gefügeeinfluss
im Bereich
der Gratbahn
auf
die Schwingfestigkeit
warm massivumgeformter
Bauteile
aus?
Zur Klärung
dieser
Frage
wurde
ein AFP-Stahl (38MnVS6) verwendet,
welcher
typischerweise
im Automobilbau
für Pleuel,
Achsschenkel
oder Radnaben
eingesetzt
wird. Um den Einfluss
verschiedener
Mangansulfidgehalte
zu untersuchen,
lag dieser
in zwei Modifikationen
vor: S4 mit niedrigem
(0,0372 Gew.-%)
sowie S7 mit hohem
Schwefelgehalt
(0,0728 Gew.-%).
Die unterschiedlichen
MnS-Abflachungsgrade
wurden
massivumformtechnisch
durch freies
Stauchen
sowie
durch Gesenkschmieden
mit Grat bei Schmiedetemperatur
erzeugt
(Bild 1).
Die Proben
der Schmiederohteile
wurden
zuvor
quer zur Stranggussrichtung
des Halbzeugs
entnommen.
Durch Variation
des
Umformwegs
wurden
verschiedene
Stauchgrade
erzeugt.
AUTOREN
Matilde Scurria, M.Sc.
ist wissenschaftliche
Mitarbeiterin
des Fachgebiets
Systemzuverlässigkeit,
Adaptronik
und Maschinenakustik
SAM der Technischen
Universität
Darmstadt
Christoph Kock, M.Sc.
ist wissenschaftlicher
Mitarbeiter
am Institut
für Umformtechnik
und Umformmaschinen
(IFUM) der Leibniz Universität
Hannover
im Bereich
Materialcharakterisierung
und
Simulation.
Roman Relge, M.Sc.
ist wissenschaftlicher
Mitarbeiter
am Institut
für Umformtechnik
und Umformmaschinen
(IFUM) der Leibniz Universität
Hannover im
Bereich
Massivumformung
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
leitet das Institut für Umformtechnik und
Umformmaschinen (IFUM) der Leibniz Universität
Hannover
Grund für die Anfälligkeit
ist die verfahrensbedingte
starke
Abflachung
der Mangansulfide
in diesem
Bereich.
Diese
verringert
einerseits
die tragende
Fläche der Stahlmatrix
orthogonal
zur Gratbahn
und wirkt andererseits
als innere
Kerbe.
Beides
verursacht
eine
reduzierte
Schwingfestigkeit
orthogonal
zur
Gratbahn
und kann so je nach Anwendung
zu einer
erheblichen
Schwächung
des Bauteils
führen.
Dieser
Erkenntnis
wird
bei der Auslegung
von Bauteilen
zwar durch entsprechende
Sicherheiten
Rechnung
getragen.
Dieser
Befund
bedeutet
aber
auch, dass durch konkrete
Berücksichtigung
des Gratverlaufs
während
der Konstruktion
eine höhere
Werkstoffeffizienz
erzielt
werden
kann.
Dementsprechend
wird für Schmiedekonstruktionen
empfohlen,
die Gesenkteilungsebene
nicht in höchstbeanspruchte
Bauteilbereiche
zu legen.
Eine
genaue
Kenntnis
des Werkstoffverhaltens
geschmiedeter
schwefelhaltiger
Stähle
unter
Betriebsbelastungen
erlaubt
ein optimiertes
Bauteildesign
unter Beibehaltung
der Vorteile
bei der Zerspanung.
Es hat sich
gezeigt,
dass insbesondere
die Geometrie
der Mangansulfide
stark von der jeweiligen
Umformhistorie
abhängt.
Die Ermittlung
des Einflusses
dieser
umformbedingten
Geometrieänderung
der Mangansulfide
auf die Betriebsfestigkeit
war Gegenstand
dieser
Untersuchung.
massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2019 51