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Zerspanen von Stahl Ck 15

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Diese vier verschiedenen Gefügestrukturen eines Kohlenstoffstahls Ck 15 wurden durch Wärmebehandlung erzeugt. Wärmebehandlungsvorgänge unterscheiden sich durch die Höhe der Temperatur, die Haltezeit bei bestimmten Temperaturen und die Abkühlgeschwindigkeit. Neben den Legierungsbestandteilen bestimmen die Art und Größe der Gefügebestandteile die Eigenschaften und damit auch die Zerspanbarkeit von Stahlwerkstoffen. Durch Normalglühen entsteht ein Gefüge aus hellen Ferrit- und dunklen Perlitkristalliten, die sich aus Ferit mit eingelagerten Zementitlamellen zusammensetzen. Durch Weichglühen wird der lamellare Zementit im Perlit kugelig eingeformt. Die Verformungsfähigkeit des Stahlgefüges ist so verbessert. Durch Vergüten hat sich Bainitgefüge mit höherer Streckgrenze und guten Zähigkeitseigenschaften gebildet. Durch Erwärmen auf Schmiedetemperatur ist ein Ferrit-Perlitgefüge mit widmannstättischer Struktur und höherer Festigkeit entstanden. Die Spanbildung wird wesentlich von der unterschiedlichen Gefügeausbildung beeinflusst.
Bei der sehr geringen Schnittgeschwindigkeit von 0,01 m pro Minute entsteht durch Scherverformung ein Fließspan. Das helle ferritische Gefüge mit dunklen eingelagerten Perlitkristalliten wird durch den Schervorgang so verformt, dass der Span eine deutlich lamellare Struktur aufweist.
Im weichgeglühten Gefügezustand ist der Stahl Ck 15 besser verformbar und neigt stärker zum Kleben auf der Spanfläche. Eine kleine Aufbauschneide an der vorderen Schneidkante begünstigt den Trennvorgang bei wechselnder Fließspanbildung.
Beim Zerspanen des gleichmäßig feinkörnigen Vergütungsgefüges entsteht ein gleichförmiger Fließspan.
Entsprechend dem ungleichmäßigen Geschmiedegefüge wechselt die Scherverformung. Es entsteht ein ungleichförmiger Fließspan. Scheranrisse und wechselnde Spandicken machen die Spanoberseite rau.
An einer abgerundeten Schneidkante bei positivem Spanflächenwinkel von etwa 20 Grad entsteht aus dem normalisierten Gefüge ein deutlich lamellierter Fließspan. Kurzzeitig anhaftende Aufbauschneidenteile im Spitzenbereich wandern mit dem Werkstück ab und bilden zipfelförmige Oberflächenrauheiten.
Die abgerundete Schneidkante bewirkt im weichgeglühten Gefüge infolge intensiver plastischer Verformung und Klebeneigung wechselnde Aufbauschneidenformen. In der Spanunterseite entsteht durch Reibung auf der Spanfläche eine Fließschicht.
Aus dem Vergütungsgefüge des Ck 15 hat sich eine stabile Aufbauschneide im Schneidkantenbereich festgesetzt. Durch wechselnd anhaftende und abwandernde Teile im Spitzenbereich verändert sich die Form der Aufbauschneide. Die gleichmäßige Scherverformung erzeugt eine feine Lamellenstruktur im Span. An der Spanunterseite entsteht eine deutliche Fließschicht.
Beim Zerspanen des Schmiedegefüges verändern sich Spanentstehung und Aufbauschneidenbildung mit der wechselnden Gefügeausbildung. Kurzzeitig anhaftende größere Aufbauschneidenteile lassen einen freien Flächenspalt entstehen. Sie erzeugen beim Abwandern mit dem Werkstück Oberflächenrauheiten.
Bei einer Schnittgeschwindigkeit von 1 m pro Minute entsteht aus dem normalisierten Gefüge des Stahls Ck 15 ein deutlich lamellierter Fließspan. Eine kleine stabile Aufbauschneide begünstigt die Trennung von Span und Werkstück.
Aus der Randschicht des weichgeglühten Werkstücks entsteht an einer stabilen Aufbauschneide ein Fließspan mit deutlich markierter Fließschicht in der Spanunterseite. Gefügeinhomogenitäten in der Randschicht bewirken Veränderungen bei der Spanbildung.
Aus dem Vergütungsgefüge entsteht ein gleichförmig lamellierter Fließspan. Aufgrund von Zugspannungen infolge der Keilwirkung an der Schneidkante erscheint die Spanunterschicht dunkel.
Beim Zerspanen des Schmiedegefüges mit widmannstättischer Struktur stimmen ungleichmäßige Gefügeausbildung und wechselnde Spanbildung überein.
Bei einer Schnittgeschwindigkeit von 10 m pro Minute hat sich aus dem normalisierten Gefüge eine große stabile Aufbauschneide gebildet, die weit auf die rückwärtige Spanfläche zurückreicht. Intensives Werkstofffließen im Spitzenbereich der Aufbauschneide verursacht kurzzeitiges Anhaften und Abwandern. Die Aufbauschneide hat die Funktion der Werkzeugschneide übernommen.
Klebeneigung und gute Verformungsfähigkeit des weichgeglühten Ck 15 Gefüges verursachen intensive, stark wechselnde plastische Verformungen in der Spanwurzel. Kurzzeitige Ansätze für eine Aufbauschneidenbildung beeinflussen Scherverformung und Spanentstehung.
Beim Zerspanen des Vergütungsgefüges hat sich eine scharf markierte Aufbauschneide auf der Spanfläche festgesetzt. Die scharfkantige Aufbauschneidenspitze bewirkt einen messerartigen Trennvorgang. Kleine, kurzzeitige Werkstoffanlagerungen beeinflussen Spanentstehung und Schnittflächenbildung am Werkstück nur wenig. Ein gleichmäßiger Fließspan entsteht.
Eine stabile, langgestreckte Aufbauschneide bestimmt den Spanvorgang im Schmiedegefüge. Scharfkantig trennt der Aufbauschneidenkeil die Randschicht vom Werkstück. Unregelmäßigkeiten der Fließspanbildung gehen auf Inhomogenitäten in der Randschicht zurück.
Bei 30 m pro Minute Schnittgeschwindigkeit hat sich aus dem normalisierten Gefüge ein kurze, aber steiler aufragende Aufbauschneide geformt. Intensives, wechselndes Fließen bestimmt den Trennvorgang. Beim Anlaufen des Spans im Kolkbereich bilden sich kurzzeitig Werkstoffablagerungen gegen den Spanablauf.
Das weichgeglühte Ck 15-Gefüge zeigt intensiv wechselnde Fließvorgänge um den Schneidkeil herum und plastische Werkstoffverformungen im Spanwurzelbereich. Spanelemente mit stark wechselnden Formen und Größen haften kurzzeitig auf der Spanfläche, bevor sie von dem nachfolgenden Werkstoff weitergeschoben werden.
Eine große, stabile Aufbauschneide bestimmt die Spanentstehung im vergüteten Gefügezustand. Kurzzeitige Anlagerungen im Spitzenbereich der Aufbauschneide bilden sich an der entstehenden Werkstückoberfläche und Spanunterseite zipfelförmig aus. Die Fließspanbildung erscheint gleichförmig.
Beim Zerspanen des Schmiedegefüges hat sich eine sehr große und stabile Aufbauschneide auf der Spanfläche festgesetzt. Sie bildet einen freien Flächenspalt und vergrößert so die Spanungsdicke. Um den gerundeten Spitzenbereich der Aufbauschneide fließt der Werkstoff gleichmäßig in die Richtungen von Schnittfläche und Spanunterseite.
Die auf 60 m pro Minute erhöhte Schnittgeschwindigkeit bewirkt infolge höherer Zerspantemperaturen stärkere plastische Verformungen. Während der flache, langgestreckte Aufbauschneidenkern stabil bleibt, fließt der Werkstoff im Spitzenbereich. Dabei werden gelegentlich auch größere Teile von dem Aufbauschneidenkern abgeschert.
Beim weichgeglühten Werkstück wird nur die äußerste Randschicht abgespant, indem der Werkstoff besonders stark im Schneidkantenbereich aufgestaucht wird. Schervorgang und Spanlamellierung verlaufen nahezu in Schnittrichtung. Spanentstehung und Spandicke wechseln ständig.
Beim Vergütungsgefüge treten infolge der höheren Zerspantemperaturen nur noch vereinzelt aufbauschneidenähnliche Werkstoffanlagerungen auf. Die Spanentstehung verläuft in der äußersten Randschicht des Werkstücks. Schervorgang und Spandicke wechseln.
Die Spanentstehung im Schmiedegefüge bei 60 m pro Minute Schnittgeschwindigkeit läuft an einer stabilen, steil aufragenden und weit auskragenden Aufbauschneide ab. Dabei entsteht ein Freiflächenspalt und ein Hohlraum zwischen Aufbauschneide und Span. Das Werkstofffließen und der ablaufende Span erscheinen gleichförmig.
Stahl
Wärmebehandlung
Spanbildung
Computeranimation
Lloyd <Marke>
Perlite
Spanbarkeit
Stahl
Spanbildung
Erwärmung
Streckgrenze
Normalglühen
Gefüge <Werkstoffkunde>
Vergütung <Technik>
Schnittgeschwindigkeit
Computeranimation
Kohlenstoffstahl
Span
Schnittgeschwindigkeit
Stahl
Kleben
Gefüge <Werkstoffkunde>
Mikroskopie
Spanbildung
Reibung
Proof <Graphische Technik>
Gefüge <Werkstoffkunde>
Plastische Deformation
Rauigkeit
Mikroskopie
Span
Spanbildung
Physikalische Größe
Mikroskopie
Span
Schnittgeschwindigkeit
Bandstahl
Werkstück
Gefüge <Werkstoffkunde>
Schnittgeschwindigkeit
Mikroskopie
Zugspannung
Spanbildung
Werkstück
Randschicht
Mikroskopie
Spanbildung
Schnittgeschwindigkeit
Computeranimation
Mikroskopie
Schnittgeschwindigkeit
Gefüge <Werkstoffkunde>
Plastische Deformation
Mikroskopie
Spanbildung
Werkstück
Randschicht
Mikroskopie
Span
Anlauf <Technik>
Schnittgeschwindigkeit
Fließen
Gefüge <Werkstoffkunde>
Schnittgeschwindigkeit
Computeranimation
Anlagerung
Physikalische Größe
Former
Werkstoff
Mikroskopie
Spanbildung
Schnittgeschwindigkeit
Werkstoff
Computeranimation
Schnittfläche <Fertigung>
Richtung
Schnittgeschwindigkeit
Werkstück
Randschicht
Plastische Deformation
Werkstoff
Mikroskopie
Span
Schnittgeschwindigkeit
Hohlraum
Werkstück
Randschicht
Mikroskopie
Institut für Fertigungstechnik
Institut für den Wissenschaftlichen Film
Computeranimation

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Zerspanen von Stahl Ck 15
Untertitel Schnittvorgang im Feingefüge Einfluß der Wärmebehandlung
Alternativer Titel Cutting of Steel Ck 15 - Cutting Process in the Microstructure; Influence of Heat Treatment
Autor Warnecke, Günter
Mitwirkende Horst G. Graske (Trick und Graphik)
Thomas Schledding, Josef Thienel, Uwe Fanelli (Schnitt)
Josef Thienel (Kamera)
Thomas Schledding (Redaktion)
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-3111
IWF-Signatur E 3111
Herausgeber IWF (Göttingen)
Erscheinungsjahr 2001
Sprache Deutsch
Produzent IWF
Produktionsjahr 1987

Technische Metadaten

IWF-Filmdaten Film, 16 mm, LT, 165 m ; F, 15 min

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Technik
Abstract Vier verschiedene, durch Wärmebehandlung erzeugte Gefügezustände eines Ck 15-Stahls werden miteinander verglichen und ihre Zerspanbarkeit bei unterschiedlicher Schnittgeschwindigkeit (0,01 m/min bis 60 m/min) untersucht. Zeitdehnung.
Four different textures of a carbon steel Ck 15, induced by heat treatment, are compared and chip formation under different cutting speeds (0,01 m/min - 60 m/min) is examined (slow motion).
Schlagwörter Zerspanung / Stahl
Wärmebehandlung / Kohlenstoffstahl
Stahl / Zerspanung
Stahl / Kohlenstoffstahl
Spanbildung / Stahl
Schmiedegefüge
Kohlenstoffstahl (Ck 15)
Aufbauschneide
built-up edge
carbon steel (Ck 15)
chip formation / steel
forged structure
heat treatment / carbon steel
machining / steel
metal cutting / steel
steel / carbon steel
steel / machining
steel / metal cutting

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