TFB58 T2

Höherfeste Stähle mit wirtschaftlicher Zerspanbarkeit

Vor der Zerspanung von konventionell hergestellten Bauteilen aus Einsatz-, Vergütungs- und Werkzeugstählen ist eine Wärmebehandlung notwendig, die eine gute Zerspanbarkeit gewährleistet. Neben der Wärmebehandlung lässt sich das Zerspanungsverhalten durch eine geringe Erhöhung des Schwefelgehaltes der Stahllegierung verbessern. Durch den Schwefel bilden sich Sulfide, die die Zerspanung erleichtern. Es sind jedoch nur geringe Zugaben von Schwefel zulässig, um im Endprodukt eine hohe Schwingfestigkeit und eine ausreichende Zähigkeit vor allem quer zur Walzrichtung zu gewährleisten. Die Zugabe an Schwefel reicht daher nicht aus, um auf die Wärmebehandlung für eine bessere Zerspanbarkeit verzichten zu können. Ein weiteres Anheben des Schwefelgehaltes könnte möglicherweise eine wirtschaftliche Zerspanung der Bauteile auch im vergüteten Zustand zulassen, so dass auf die Wärmebehandlung verzichtet werden könnte. Dies würde einen wirtschaftlichen Gewinn in der Fertigung bedeuten. Hierbei muss jedoch berücksichtigt werden, dass bei höheren Schwefelgehalten sich größere Sulfide bilden, die eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften im Gebrauch bedeuten.

Im Gegensatz zu schmelzmetallurgisch hergestellten Stählen mit erhöhten Schwefelgehalten bilden sich beim Sprühkompaktieren kleinere Sulfide, die zahlreich und gleichverteilt auftreten. Bild 1 zeigt beispielhaft die Größenverteilung der Sulfide im sprühkompaktierten Stahl 100Cr6 nach dem Warmumformen und in einem konventionell hergestellten Stahl mit ähnlichem Schwefelgehalt.

Bild1: Verteilung der Sulfidgrößen in einem sprühkompaktierten Stahl und einem konventionellen Stahl

Anhand der sprühkompaktierten Stähle soll untersucht werden, welche Schwefelgehalte in Wälzlager-, Einsatz- und Vergütungsstählen notwendig sind, um die Zerspanbarkeit deutlich zu verbessern. Für den mit unterschiedlichen Schwefelgehalten legierten Stahl 100Cr6 sind in Bild 2 die beim Einstechdrehen entstandenen Späne dargestellt.

Bild 2: Späne unterschiedlicher Legierungsvarianten nach dem Einstechdrehen

Hierbei wird parallel untersucht, inwieweit der erhöhte Schwefelgehalt die Festigkeit herabsetzt. Des Weiteren wird untersucht, ob bei den sprühkompaktierten, schwefellegierten Einsatz- und Vergütungsstählen eine Glühung für eine gute Zerspanbarkeit notwendig ist. Die Sulfidcharakteristik zusammen mit der im Vergleich zum Wälzlagerstahl 100Cr6 geringeren Festigkeit ermöglicht eventuell eine Zerspanung im blindgehärteten, bzw. vergüteten Zustand. Hierzu wird die Zerspanbarkeit anhand der Bearbeitungsverfahren Tieflochbohren und Drehen beurteilt. Die Bewertung der mechanischen Eigenschaften erfolgt durch Zugversuche und durch Untersuchungen der Dauerfestigkeit in Abhängigkeit von der Beanspruchungsrichtung im Halbzeug und vom Spannungsverhältnis.