P 803 – Vergleichende Bewertung des Eigenschaftsprofils herkömmlicher und innovativer Werkstoff- und Fertigungskonzepte für Schmiedeteile

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ISBN: 978-3-946885-17-7 Kategorien: ,

Beschreibung

P 803 – Vergleichende Bewertung des Eigenschaftsprofils herkömmlicher und  innovativer Werkstoff- und Fertigungskonzepte für Schmiedeteile

Das Ziel des Forschungsprojektes war es, die Leistungsfähigkeit ausscheidungsgehärteter Einsatzstähle und eines ausscheidungsgehärteten bainitischen Stahls mit neuen Legierungskonzepten für Schmiedestücke im direkten Vergleich zu bisher verwendeten Stählen zu verifizieren. Für die Einsatzstähle kamen als konventionelle Referenzmaterialen die Werkstoffe 20MnCr5 (WS1), 15CrNi6 (WS3), 18CrNiMo7-6 (WS4) mit geregeltem Schwefelgehalt und 18CrNiMo7-6 tiefstentschwefelt (WS5) sowie die beiden modifizierten Varianten 20CrMo5mod (WS2) und 26MnCrNiMo6-5-4mod (WS6) beide mit den  Mikrolegierungselementen V, Ti, und Nb versehen – zum Einsatz. Der modifizierte bainitische Stahl wurde vergleichend zu dem klassischen Vergütungsstahl 42CrMo4 und zu dem herkömmliche AFP-Stahl 38MnVS6 untersucht. Für alle Werkstoffe wurden die fundamentalen mechanischen Eigenschaften sowie Schwingfestigkeits- und Bruchzähigkeitswerte bestimmt.
Der hochfeste Einsatzstahl 26MnCrNiMo6-5-4mod weist mit 1750 MPa eine Kernfestigkeit auf, die deutlich höher ist als die im Antrag formulierte von 1400 MPa, allerdings bei nur akzeptablen Zähigkeitseigenschaften. Die Schwingfestigkeit im glatten, blindgehärteten Zustand ist erwartungsgemäß größer als die der Referenzeinsatzstähle. Im gekerbten, einsatzgehärteten Zustand liegen die Schwingfestigkeiten aller untersuchten Einsatzstähle in einem Streuband. Dies wird auf die für alle Einsatzstähle gleichen Eigenschaften der Randschicht zurückgeführt. Im Fall der einsatzgehärteten Gabellaschen und der Zahnräder lagen die Bruchschwingspielzahlen bzw. die Schwingfestigkeiten aller untersuchten Stähle -genauso wie bei den gekerbten Proben- in einem gemeinsamen Streuband. Dahingegen ist bei den einsatzgehärteten und zusätzlich noch kugelgestrahlten Getriebewellen die Schwingfestigkeit des WS6 26MnCrNiMo6-5-4mod deutlich höher als bei dem Referenzstahl 18CrNiMo7-6. Das Legierungskonzept, das hier zur Einstellbarkeit der Festigkeitseigenschaften dient, ist wirtschaftlich ungünstiger als bei den Einsatzstählen auf Basis MnCr, CrMo, oder CrNi, allerdings vergleichbar zu dem 18CrNiMo7-6.
Für den bainitischen Stahl wurde die als Ziel formulierte Streckgrenze von > 800 MPa Stahl nicht erreicht. Der Bainit weist akzeptable Zähigkeitseigenschaften auf. Die glatten Proben des modifizierten Bainits weisen tendenziell eine bessere, die gekerbten Proben sogar eine deutlich bessere  Schwingfestigkeit als der Referenz-Vergütungsstahl 42CrMo4 auf. Die Bauteilversuche am Beispiel des Spurhebels ergaben für den modifizierten bainitischen Werkstoff dahingegen eine niedrigere Bruchschwingspielzahl im Vergleich zu dem Referenzwerkstoff. Der bainitische Stahl 12CrMnMoV7-5mod ist im Vergleich zum herkömmlichen Vergütungsstahl beim Einsatz für Bauteile wirtschaftlich günstiger. Im Wesentlichen resultiert dies aus der fehlenden Vergütungsbehandlung, also aus dem gesteuerten Abkühlen ohne nachträgliches Wiedererwärmen. Ein Ziel weiterführender Forschungsaktivitäten sind Untersuchungen zur Klärung der mikrostrukturellen Ursache der guten Schwingfestigkeit sowie eine Verbesserung der Zähigkeitseigenschaften des Bainits.Das Ergebnis dieses Projekts sind Kennwerte, mit deren Hilfe Konstrukteure konkrete  Bauteile aus den neuen Werkstoffen in den Branchen Maschinen- und Anlagenbau, Fahrzeugbau, Antriebstechnik oder Energieerzeugung auslegen können.

Veröffentlichung:
2017

Autoren:
Dr.-Ing. B. Kaiser, Dr.-Ing. D. Schwerdt