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Zerspanen von Stahl Ck 45

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Bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken wird der grundlegende Vorgang der Spanentstehung wesentlich vom Werkstoff beeinflußt. Die Eigenschaften
und damit auch die Zerspanbarkeit von Stahlwerkstoffen werden nicht nur durch die Legierungsbestandteile, sondern auch durch die Art und Größe der Gefügebestandteile bestimmt.
Diese vier verschiedenen Gefügestrukturen eines Kohlenstoffstahl Ck 45 wurden durch Wärmebehandlung erzeugt. Wärmebehandlungsvorgänge unterscheiden sich durch die Höhe der Temperatur, die Haltezeit bei bestimmten Temperaturen und die Abkühlgeschwindigkeit.
Durch Normalglühen entsteht ein Gefüge mit hellen Ferrit-Kristalliten und dunklem Perlit, in dessen ferritischer Grundmasse Zementitlamellen eingelagert sind Beim Weichglühen wird der lamellare Zementit im Perlit kugelig eingeformt. Das Vergütungsgefüge stellt sich als hoch angelassener Martensit mit ausgeschiedenem kugeligen Zementit dar. Das grobkörnige schmiedeperlitische
Gefüge entsteht durch kontrollierte Abkühlung aus der Schmiedewärme. Große Perlitkristallite
sind in ein Ferritnetz eingelagert. Die unterschiedlichen Gefügeausbildungen bestimmen die mechanischen Eigenschaften des Stahls Ck 45 und damit die Spanentstehung
In dem normalisierten Gefüge entsteht bei der sehr geringen Schnittgeschwindigkeit von 0,01 m/min durch gleichmäßige Scherverformung ein Fließspan. Die Spanoberseite erscheint infolge von Scheranrissen rauh. Die wechselnde Tiefe dieser Scheranrisse deutet ein unterschiedliches Verformungsvermögen an.
Beim weichgeglühten Gefüge neigt der Stahl Ck 45 zum Kleben. Während der Spanentstehung haftet der Werkstoff auf der Spanfläche und wird gestaucht, bis sich der aufgestaute Werkstoff von der Spanfläche löst und - von der Schneidkante ausgehend abgeschert wird. So entstehen getrennte oder zusammenhängende Scherspanelemente.
Beim Vergütungsgefüge bewirken gute Verformungsfähigkeit und hohe Streckgrenze die Bildung von Scherspanelementen. Der Werkstoff haftet auf der Spanfläche, wird zunehmend gestaucht, löst sich von der Spanoberfläche und wird als Scherspanelement vollständig abgeschert.
In dem schmiedeperlitischen Gefüge erzeugt die gleichmäßige Scherverformung einen Fließspan. Scherwinkel, Spanstauchung und Spandicke variieren mit den relativ großen Kristalliten. Die Spanoberfläche verläuft wellenförmig rauh.
Während eine scharfe Schneidkante die Werkstofftrennung begünstigt, entsteht an einer abgerundeten Schneide - hier mit einem Radius von etwa 30 Mikrometer - eine Zone intensiver Werkstoffverformung, aus der sich infolge Verfestigung verstärkt Aufbauschneiden bilden. Beim Zerspanen des Stahls Ck 45 im normalisierten Gefügezustand entstehen bei wechselnder Aufbauschneidenbildung in Verbindung mit dem positiven Spanwinkel von etwa 20 Grad Fließspäne.
Im weichgeglühten Gefüge bewirkt die abgerundete Schneidkante intensive plastische Verformungen, durch die sich Aufbauschneiden bilden. Wechselnde Verformungsvorgänge um den stationären Aufbauschneidenkern erzeugen schuppenförmige Werkstoffüberlagerungen an der Schnittfläche und an der Spanunterseite.
Aus dem Vergütungsgefüge heraus bilden sich deutlich markierte Aufbauschneiden. Instabilitäten verursachen ein Wechselspiel zwischen Festsitzen und Abwandern der Aufbauschneiden. Die sich lösenden Teile von Aufbauschneiden drücken sich in die Schnittfläche, so daß diese schuppenförmig rauh wird. Die Fließspanbildung verläuft bei wechselnder Spandicke gleichförmig.
Aus dem schmiedeperlitischen Gefüge hat sich an der Schneidkantenabrundung eine kleine, aber stabile Aufbauschneide festgesetzt. Die Aufbauschneide ergänzt die abgerundete Schneide zu einer scharfen Kante, so daß der Trennvorgang bei diesem Gefüge ohne nennenswerte plastische Verformung abläuft.
Bei einer Schnittgeschwindigkeit von 1 m/min entsteht in dem normalisierten Gefüge ein Fließspan. Eine kleine, stabile Aufbauschneide begünstigt den Spanablauf und bewirkt durch kurzzeitig wechselnde plastische Verformungen im Spitzenbereich Schnittflächenrauheiten.
Das weichgeglühte Gefüge des Kohlenstoffstahles Ck 45 bildet bei 1 m/min Schnittgeschwindigkeit eine kleine stabile, steilaufragende Aufbauschneide, an der ein ungleichmäßiger Fließspan entsteht.
An einer großen Aufbauschneide entsteht aus dem randzonenbeeinflußten Vergütungsgefüge ein ungleichförmiger Fließspan. Die abgespante Randschicht ist durch die Schuppenbildungen des vorangegangenen Zerspanvorgangs gekennzeichnet. Die Aufbauschneide verändert ihre Form durch wechselnde plastische Verformungen und Schiebungen im Kernbereich.
Das schmiedeperlitische Gefüge hat eine deutlich markierte Aufbauschneide gebildet, an der ein gleichmäßiger Fließspan entsteht. Gelegentliche plastische Verformungsvorgänge im Spitzenbereich und abwandernde Teile verändern Form und Größe der Aufbauschneide. Dabei entstehen an der Spanunterseite und auf der Schnittfläche schuppenförmige Werkstoffüberlagerungen.
Bei einer Schnittgeschwindigkeit von 10 m/min bildet sich aus dem normalisierten Gefüge eine stabile Aufbauschneide. Werkstoffanlagerungen an der Spanfläche schichten sich entgegen der Spanablaufrichtung auf und verbinden sich kurzzeitig mit dem Aufbauschneidenkern. Diese schnell wechselnden plastischen Verformungen an der Aufbauschneide beeinflussen die Fließspanbildung.
Beim Zerspanen des weichgeglühten Ck 45-Gefüges hat sich eine kleine, stabile Aufbauschneide auf dem Werkstoffschneidkeil festgesetzt. Es entsteht ein recht gleichförmiger Fließspan. Durch den Reibkontakt zwischen Spanfläche und Spanunterseite bildet sich infolge Scherverformung eine Fließschicht, die sich als heller Streifen in der Spanunterseite abzeichnet.
Aus dem hochangelassenen Vergütungsgefüge hat sich auf der Spanfläche eine große Aufbauschneide gebildet. Der ungleichmäßige Fließspan mit Ansätzen zur Bildung von Scherspanelementen wird hervorgerufen durch wechselnde, intensive plastische Verformungen an dieser Aufbauschneide. Diese verursachen auch die rauhe Schnittfläche mit schuppenförmigen Einlagerungen der stark verformten und verfestigten Aufbauschneidenteile. Beim Zerspanen des
schmiedeperlitischen Gefüges mit 10 m/min Schnittgeschwindigkeit hat sich eine sehr stabile, scharf markierte Aufbauschneide auf der Spanfläche des Schneidkeils festgesetzt. Nur im Spitzenbereich verändern kurzzeitige, kleine Anlagerungen die Schneidenform. Die Dicke des gleichmäßig abgetrennten Fließspanes variiert auf Grund des von Kristallit zu Kristallit wechselnden Schervorganges.
An einer vergleichsweise großen, hochaufragenden Aufbauschneide entsteht bei 30 m/ min Schnittgeschwindigkeit aus dem normalgeglühten Gefüge heraus ein gleichmäßig ablaufender Fließspan, dessen Spanunterseite zwischen Aufbauschneidenspitze und Spanfläche mitunter ohne Reibkontakt zu sein scheint. Durch die über die Werkzeugschneide vorragende, sehr stabile Aufbauschneide entsteht ein Freiflächenspalt.
Die stabile Aufbauschneide aus dem weichgeglühten Gefüge fällt flachverlaufend zur Spanfläche ab und erscheint durch intensive plastische Werkstoffverformung stärker verrundet. Freiflächenspalt und schuppenförmiges Abscheren kennzeichnen die Schnittflächenentstehung. Der Span scheint teilweise frei über Aufbauschneide und Spanfläche zu gleiten.
Bei 30 m/min fließt der Werkstoff im vergüteten Zustand etwa rechtwinklig um den stabilen Aufbauschneidenkern. Während die Spanunterseite durch kontinuierliches Ablösen der Fließschichtbildung schuppenförmig rauh entsteht, erscheint die Schnittfläche am Werkstück einigermaßen glatt. Dies liegt daran, daß der Werkstoff unter einem geringfügig negativen Aufbauschneidenfreiwinkel gleichmäßig gleiten kann.
Beim Zerspanen des schmiedeperlitischen Gefüges läuft der Fließspan gleichförmig über eine stabile, scharf markierte Aufbauschneide, die sich im Spitzenbereich infolge gelegentlicher plastischer Werkstoffverformungen, kurzzeitiger Anlagerungen und abgescherter Teile nur wenig verändert.
Bei 60 m/min wirkt sich zunehmend der Einfluß höherer Zerspantemperaturen aus. Stärkere plastische Verformungen des Stahles Ck 45 in normalisiertem Zustand, in Verbindung mit Anlagern und Abscheren größerer Aufbauschneidenteile verändern die kurzzeitig wechselnde Form und Größe der Aufbauschneide sowie Span- und Schnittflächenentstehung. Der weichgeglühte Stahl
hat eine ziemlich stabile Aufbauschneide gebildet, deren Spitze durch intensives Werkstofffließen abgerundet erscheint. Immer wieder schichten sich Werkstoffkeile auf der Spanfläche gegen die Spanablaufrichtung auf. Reibung zwischen Spanunterseite und Spanfläche, Scherverformung und Kaltverfestigungen sind die Ursachen für diese Werkstoffanlagerungen, wie auch für die Aufbauschneidenbildung.
Beim Vergütungsgefüge sind die Zerspantemperaturen infolge der Schnittgeschwindigkeit von 60 m/min so hoch, daß eine Kaltverfestigung beim Werkstofffließen um den Werkzeugschneidkeil nicht mehr vorkommt. Es können sich keine Aufbauschneiden mehr bilden. Der Werkstoff fließt gleichmäßig als Span über die Spanfläche und mit dem Werkstoff über die freie Fläche.
Die Aufbauschneidenbildung beim Zerspanen des schmiedeperlitischen Stahlgefüges Ck 45 wechselt in größeren Bereichen durch intensive plastische Verformungsvorgänge, bei kurzzeitigem Aufbauen und Abscheren von Aufbauschneidenteile. Entsprechend ungleichförmig erscheinen Span- und Schnittflächenentstehung.
Stahl
Wärmebehandlung
Computeranimation
Spanbarkeit
Stahl
Werkstück
Spanende Bearbeitung
Perlite
Ferrite
Normalglühen
Gefüge <Werkstoffkunde>
Martensit
Mikroskopie
Kohlenstoffstahl
Bandstahl
Gefüge <Werkstoffkunde>
Mechanische Eigenschaft
Mikroskopie
Schnittgeschwindigkeit
Gefüge <Werkstoffkunde>
Schnittgeschwindigkeit
Mikroskopie
Computeranimation
Stahl
Kleben
Streckgrenze
Gefüge <Werkstoffkunde>
Werkstoff
Mikroskopie
Näherin
Messschraube
Spanbildung
Bandstahl
Proof <Graphische Technik>
Gefüge <Werkstoffkunde>
Mikroskopie
Verfestigung
Gefüge <Werkstoffkunde>
Mikroskopie
Schnittfläche <Fertigung>
Näherin
Gefüge <Werkstoffkunde>
Schnittgeschwindigkeit
Plastische Deformation
Computeranimation
Schnittgeschwindigkeit
Gefüge <Werkstoffkunde>
Plastische Deformation
Mikroskopie
Kohlenstoffstahl
Gefüge <Werkstoffkunde>
Plastische Deformation
Randschicht
Mikroskopie
Schnittfläche <Fertigung>
Schnittgeschwindigkeit
Gefüge <Werkstoffkunde>
Schnittgeschwindigkeit
Plastische Deformation
Mikroskopie
Computeranimation
Spanbildung
Lagerung
Plastische Deformation
Mikroskopie
Schnittfläche <Fertigung>
Nissan Patrol
Schnittgeschwindigkeit
Schneidengeometrie
Bergwerk
Anlagerung
Vorlesung/Konferenz
Gefüge <Werkstoffkunde>
Schnittgeschwindigkeit
Mikroskopie
Span
Gefüge <Werkstoffkunde>
Grenzschichtablösung
Werkstoff
Schnittfläche <Fertigung>
Stahl
Spanbildung
Bandstahl
Physikalische Größe
Anlagerung
Gefüge <Werkstoffkunde>
Schnittgeschwindigkeit
Plastische Deformation
Anlage <Unterhaltungselektronik>
Span
Schnittgeschwindigkeit
Reibung
Kaltverfestigung
Werkstoff
Mikroskopie
Spanbildung
Institut für den Wissenschaftlichen Film
Karosserie
Computeranimation
Mikroskopie
Institut für den Wissenschaftlichen Film
Computeranimation

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Zerspanen von Stahl Ck 45
Untertitel Schnittvorgang im Feingefüge Einfluß der Wärmebehandlung
Alternativer Titel Metal Cutting of Ck 45 Steel - Cutting Process in the Microstructure; Influence of Heat Treatment
Autor Warnecke, Günter
Lizenz Keine Open-Access-Lizenz:
Es gilt deutsches Urheberrecht. Der Film darf zum eigenen Gebrauch kostenfrei genutzt, aber nicht im Internet bereitgestellt oder an Außenstehende weitergegeben werden.
DOI 10.3203/IWF/E-2949
IWF-Signatur E 2949
Herausgeber IWF (Göttingen)
Erscheinungsjahr 1987
Sprache Deutsch
Produzent IWF
Produktionsjahr 1984

Technische Metadaten

IWF-Filmdaten Film, 16 mm, LT, 178 m ; F, 16 1/2 min

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Technik
Abstract Die Zerspanbarkeit von Stahl Ck 45 wird bei 5 verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten zwischen 0,01 m/min und 60 m/min untersucht. 4 verschiedene, durch unterschiedliche Wärmebehandlung erzeugte Gefügezustände werden miteinander verglichen. Zeitdehnung.
Schlagwörter Wärmebehandlung / Stahlzerspanung
Stahl / Zerspanung
Zerspanung / Stahl

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