Einfluß der Wärmebehandlung auf die Belastbarkeit extrem schwefelarmer Stähle für antriebstechnische Bauteile

Abstract

Stähle mit extrem niedrigem Schwefelgehalt (0,001% - 0,004% Schwefel) weisen Vorteile bei der Verwendung für antriebstechnische Bauteile auf, da sie eine höhere Zähigkeit und Dauerfestigkeit besitzen als Stähle mit einem höheren Schwefelgehalt. Für die zunehmende Verwendung von Strangguss hat der Einsatz schwefelarmer Stähle ebenfalls Vorteile, denn niedrigere Schwefelgehalte vermindern im Strangguss die Gefahr von Heißrissen. Den metallurgischen Vorteilen stehen aber Probleme bei der spanenden Bearbeitung gegenüber. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde der Einfluss der Wärmebehandlung auf die Bearbeitbarkeit extrem schwefelarmer Stähle für antriebstechnische Bauteile untersucht. Hierbei wurden für das Bohren, Stoßen und Drehen die Zusammenhänge zwischen Schwefelgehalt und Zerspanbarkeit und zwischen Gefügezustand und Zerspanbarkeit ermittelt. Als Probenwerkstoffe kamen der Wälzlagerstahl 100Cr6, der Vergütungsstahl 42CrMo4 und der Einsatzstahl 17CrNiMo6 mit unterschiedlichen Schwefelgehalten und in verschiedenen Wärmebehandlungszuständen zum Einsatz. Die Untersuchungen zeigen, dass der Einfluss des durch die Wärmebehandlung erzeugten Gefügezustandes auf die Zerspanbarkeit wesentlich größer ist als die Reduzierung des Schwefelgehaltes von 0,010% auf 0,001%. Werden dagegen gleiche Gefügezustände vorausgesetzt, steigen die Zerspankräfte und der Werkzeugverschleiß mit abnehmendem Schwefelgehalt. Bei den Bauteilqualitäten, insbesondere den Oberflächengüten, zeigt der Schwefelgehalt dagegen einen sehr geringen Einfluss. Eine Abhängigkeit der erzeugten Spanformen vom Schwefelgehalt konnte ebenfalls nicht nachgewiesen werden. Die erzeugten Spanformen sind von den eingesetzten Werkzeugen und Schnittparametern abhängig. In diesem Vorhaben konnten Empfehlungen zur Auslegung von Zerspanprozessen von extrem schwefelarmen Stählen abgeleitet werden, die eine wirtschaftliche Bearbeitung dieser Werkstoffe möglich machen.