Volume 59, Issue 6

Kurzfassung Aus Schäden bei der Verarbeitung und dem Betrieb von Warmarbeitswerkzeugen können Maßnahmen gegen frühzeitigen Ausfall abgeleitet werden. Bei der bekannten thermischen Ermüdung durchläuft die Rissfortschrittsgeschwindigkeit ein Maximum und im Maximum der Radialspannung entstehen unter der Oberfläche Querrisse, die zu Ausbrüchen führen. Die Verarbeitung von Al-Legierungen kann die Bildung harter intermetallischer Verbindungen bis hin zum Fe 2 Al 5 hervorrufen, die bei Strangpress- und Druckgießwerkzeugen die thermische Ermüdung unterstützen. Das gilt auch für das Warmkammerdruckgießen von Mg-Legierungen, die in der Regel Al enthalten. Das Auftreffen der Al-Schmelze bewirkt eine Erosion vor allem an vorstehenden Stiften und Stegen einer Druckgießform. Beim Strangpressen von Cu-Legierungen kann das Eindringen von Schwermetall die Korngrenzen des Werkzeugstahles schwächen. Eine Überdosis von Schmiermittel löst in Schmiedegesenken kanalartige Erosionsschäden aus. Durch thermisch-mechanische Stahlerweichung wächst der Kantenverschleiß. Völlig vermeiden lassen sich die meisten Schädigungsformen nicht.

Kurzfassung Bei der spanenden Bearbeitung ändert sich mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit die Art der Spanbildung. Dieser Effekt wird von den Eigenschaften des eingesetzten Werkstoffs wesentlich beeinflusst. Aus diesem Grunde wurden im Rahmen eines Forschungsvorhabens die Spanbildungsmechanismen bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung verschiedener metallischer Werkstoffe untersucht. Ziel der Forschungsarbeiten war es, durch eine Variation der mechanischen, thermischen und strukturel-len Werkstoffeigenschaften, deren Einfluss auf die Spanbildung bei hohen Schnittgeschwindigkeiten zu ermitteln. Dazu wurde bei Versuchen zum Außenlängsdrehen die Übergangsschnittgeschwindigkeit v HSC ermittelt, welche den Bereich der konventionellen Zerspanung von der Hochgeschwindigkeitszerspanung abgrenzt. Die Variation der thermischen und mechanischen Werkstoffeigenschaften wurde durch den Einsatz verschiedener Werkstoffe realisiert. Die gezielte Veränderung mikrostruktureller Werkstoffeigenschaften erfolgte durch ausgewählte Wärmebehandlungen vor der Zerspanung.

Kurzfassung Die Automobilindustrie setzt in der Blechumformung in vielen Bereichen Werkzeuge aus Edelstahlformguss ein. An die Gusswerkstoffe werden besonders beim Einsatz von höherfesten Blechwerkstoffen sehr komplexe Anforderungen gestellt. Als wichtige Eigenschaften gelten heute neben hohem Verschleißwiderstand eine gute Härtbarkeit, Beschichtbarkeit und gesteigerte Zähigkeit. Gleichzeitig werden aber speziell aus dem Werkzeugbau immer wieder Forderungen nach guter Schweißbarkeit gestellt. Es war bisher kein Werkstoff verfügbar, welcher alle diese aus werkstofftechnischer Sicht konträren Forderungen erfüllen konnte. Im Zuge der Entwicklung des Werkstoffes GP4M ® wurden aufwändige Versuchsreihen zur Vakuumhärtung, Randschichthärtung, Nitrierung, Beschichtung und zur Schweißbarkeit durchgeführt. Die bisher ausgewerteten Praxisversuche haben die positiven Laborergebnisse voll bestätigt. Im Rahmen dieser Veröffentlichung soll die Entwicklung des neuen Gusswerkstoffes GP4M ® bis zum Praxiseinsatz erläutert werden.

Kurzfassung Um die Zerspanbarkeit für die Bearbeitung in Fertigungsautomaten zu verbessern, enthalten die hierfür vorgesehenen Automatenstähle in der Regel einen Anteil Schwefel, der durch Mangan zu Mangansulfid abgebunden wird. Im Wesentlichen sorgen diese Sulfide für kurz brechende Späne. Außerdem ist der Werkzeugverschleiß reduziert. Schwefelseigerungen und zu langen Zeilen ausgewalzte Sulfide setzen jedoch die Dauerschwingfestigkeit deutlich herab. Für einen optimalen Kompromiss zwischen den Anforderungen an Festigkeit und Zerspanbarkeit ist eine Mikrostruktur mit möglichst vielen sehr kleinen Sulfiden wünschenswert. Hierzu bietet das Urformverfahren “Sprühkompaktieren“ gute Voraussetzungen. In diesem Artikel wird über Untersuchungen an sprühkompaktiertem Wälzlagerstahl 100Cr6 berichtet, dem ein Anteil Mangan sowie unterschiedliche Anteile Schwefel zugegeben wurden. Bei den nachfolgenden Betrachtungen des neu erzeugten Materials wurden neben den Gefügeeigenschaften auch die Dauerschwingfestigkeit und die Zerspanbarkeit untersucht, um die Vorteile des Verfahrens “Sprühkompaktieren“ für die praktische Anwendung herauszuarbeiten.

Kurzfassung Wie im Teil 2 [1] dargestellt, bietet das Sprühkompaktieren ausgezeichnete Voraussetzungen zur Erzeugung homogener metallischer Werkstoffe. Jedoch erscheinen die für sprühkompaktierte Produkte charakteristische Porosität im Randbereich sowie das vergleichsweise grobe Gefüge nach dem gegenwärtigen Stand der Technik noch als unvermeidbar und machen in Analogie zur konventionellen Stahlerzeugung eine nachfolgende Warmumformung erforderlich. Im Teil 3 dieser Arbeit wird dargestellt, inwieweit durch eine dem Sprühkompaktieren folgende Warmumformung und Wärmebehandlung eine Optimierung des sprühkompaktierten Gefüges erreicht werden kann.

Kurzfassung Das Sprühkompaktieren beinhaltet zwei Hauptprozessschritte: das Verdüsen einer metallischen Schmelze und das Kompaktieren der erzeugten Schmelztropfen zu Halbzeug und zu endabmessungsnahen Fertigprodukten. Das Sprühkompaktieren gestattet die Herstellung metallischer Feststoffe von höchster Homogeni-tät mit äußerst feinkörnigem Gefüge. Nach Jahren intensiver Forschung und Entwicklung kann das Sprühkompaktieren heute zur Produktion von Hochleistungs-Werkzeugstählen im industriellen Maßstab verwendet werden. Der nachfolgende Bericht stellt zwei neue sprühkompaktierte Werkzeugstähle vor, ESP ® 23 und ESP ® 32, beschreibt ihre Eigenschaften und gibt einen Überblick über die Ergebnisse industrieller Anwendungen.

Kurzfassung Es wird ein neues Verfahren zur experimentellen Ermittlung von Wärmeübergangskoeffizienten (WÜK) bei der Hochdruck-Gasabschreckung vorgestellt. Bei diesem Verfahren wird die Analogie zwischen Wärme- und Stoffübertragung genutzt. Es ermöglicht die Visualisierung des Wärmeübergangs und damit die qualitative und quantitative Ermittlung lokaler Wärmeübergangskoeffizienten an gasabgeschreckten Bauteilen. Die Visualisierung basiert auf einer chemischen Reaktion mit Farbumschlag. Zur quantitativen Ermittlung wurde zunächst eine Kalibrierung zwischen der Stärke des Farbumschlags und der Höhe des Wärmeübergangskoeffizienten vorgenommen. Die lokalen Wärmeübergangskoeffizienten wurden für verschiedene Wärmebehandlungschargen aus Zahnrädern bestimmt. Mithilfe der Visualisierung wurden Unterschiede im Wärmeübergangskoeffizienten am einzelnen Zahnrad sowie Unterschiede innerhalb einer Charge detektiert. Somit wird eine weitere Optimierung der Verfahrens- und Anlagentechnik zur Hochdruck-Gasabschreckung ermöglicht. Zudem können die experimentell ermittelten lokalen Wärmeübergangskoeffizienten als Randbedingungen für numerische Simulationsrechnungen verwendet werden.