Fostabericht P 787 - Aufgeschweißte Gewindebolzen der Festigkeitsklasse 800 MPaFostabericht P 787 - Aufgeschweißte Gewindebolzen der Festigkeitsklasse 800 MPa

P 787 – Aufgeschweißte Gewindebolzen der Festigkeitsklasse 800 MPa

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P787

ISBN: 978-3-942541-26-8 Artikelnummer: P787 Kategorien: ,

Beschreibung

P 787 – Aufgeschweißte Gewindebolzen der Festigkeitsklasse 800 MPa

Aufgeschweißte Gewindebolzen müssen aufgrund des Fügeprozesses aus einem schweißgeeigneten Werkstoff bestehen. Aus diesem Grund sind derzeit neben einigen austenitischen Stählen für Gewindebolzen nur Stähle der Festigkeitsklasse 4.8 nach ISO 898-1 mit einem maximalen Kohlenstoff Massenanteil von C = 0,20% zugelassen.
Stähle höherer Festigkeitsklassen weisen in der Regel einen Kohlenstoff Massenanteile von C ≥ 0,20% auf und sind damit nur bedingt schweißbar. Um die am Markt vorhandene Nachfrage nach Gewindebolzen mit höheren Festigkeiten befriedigen zu können, greifen Bolzenhersteller zur Zeit auf den Kaltstauchstahl 20MnB4 (1.5525) zurück, der durch thermische Nachvergütung in etwa die Anforderungen der Festigkeitsklasse 8.8 erreicht. Aus schweißtechnischer Sicht ist ein 20MnB4 mit Kohlenstoff Massenanteil bis C = 0,23% als nur bedingt schweißbar einzustufen und aufgrund der zusätzlichen Kosten für die thermische Vergütung haben sich Bolzen aus 20MnB4 am Markt nicht durchsetzen können.
Eine weitere Werkstoffalternative ist der ebenfalls aus der Gruppe der Kaltstauchstähle stammende Werkstoff 8MnSi7 (1.5113), der mit einem Kohlenstoff Massenanteil von C = 0,10% gute Schweißeigenschaften vermuten lässt. Die Zugfestigkeit von Walzdraht aus 8MnSi7 liegt zwischen 520 und 620 MPa, erreicht aber durch den Ziehabzug und der damit verbundenen Kaltverfestigung Zugfestigkeiten von über 800 MPa. Damit besitzt dieser Werkstoff das Potential für die wirtschaftliche Fertigung von höherfesten Gewindebolzen.
Das vorliegende Forschungsvorhaben hatte den Nachweis der Schweißeignung und der Klassifizierung entsprechend der  Festigkeitsklassen nach ISO 898-1 von Gewindebolzen aus 8MnSi7 zum Ziel. Dafür sind insgesamt 91 Versuchsbolzen der Typen PD und RD mit Nenndurchmessern M8 und M20 auf hochfesten Grundwerkstoffen (fy ≥ 680MPa) aufgeschweißt und in zentrischen Zugversuchen mit statischer Belastung zu Bruch gefahren worden. Dabei wurden Blechdicken zwischen 2 und 40 mm eingesetzt.
In den Versuchen konnte die Schweißeignung der Gewindebolzen aus 8MnSi7 nachgewiesen werden.  Materialuntersuchungen ergaben, dass eine Einstufung der Gewindebolzen in die Festigkeitsklasse 800 (8.8) nicht vollumfänglich erfolgen kann. Im Forschungsvorhaben wurden daher auf Basis von statistischen Auswertungen der Versuchsergebnisse charakteristische Beanspruchbarkeiten und zugehörige Teilsicherheitsbeiwerte γ* M2 gemäß DIN EN 1990 abgeleitet, die eine sichere Bemessung der Gewindebolzen unter Ansatz der nominellen Zugfestigkeit von 800 MPa erlauben und den wirtschaftlichen Einsatz höherfester Gewindebolzen aus 8MnSi7 ermöglichen.
Die Verwendung  aufgeschweißter Gewindebolzen aus dem Werkstoff 8MnSi7 (1.5113) ist somit möglich. Die zugehörigen Nachweisregeln wurden entwickelt und erlauben eine sichere und wirtschaftliche Verwendung.
Das Forschungsvorhaben wurde an der Technischen Universität Dortmund vom Lehrstuhl Stahlbau mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt

Autoren:
D. Ungermann, S. Schneider

Veröffentlichung:
2014