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Zerspanen von Schmiedestahl und Kugelgraphitguß - Schnittvorgang im Feingefüge; Vergleich der Werkstoffe Ck 45 V, Ck 45 N, Ck 45 BY; 49 MnVS 3 BY und GGG-60

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Title Zerspanen von Schmiedestahl und Kugelgraphitguß - Schnittvorgang im Feingefüge; Vergleich der Werkstoffe Ck 45 V, Ck 45 N, Ck 45 BY; 49 MnVS 3 BY und GGG-60
Alternative Title Metal Cutting of Forging Grade Steel and Nodular Iron - Cutting Process in the Microstructure; Comparison of the Materials Ck 45 V, Ck 45 N, Ck 45 BY; 49 MnVS 3 BY and GGG-60
Author Tönshoff, Hans Kurt
Winkler, Horst
License CC Attribution - NonCommercial - NoDerivatives 3.0 Germany:
You are free to use, copy, distribute and transmit the work or content in unchanged form for any legal and non-commercial purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor.
DOI 10.3203/IWF/E-2697
IWF Signature E 2697
Publisher IWF (Göttingen)
Release Date 1982
Language German

Technical Metadata

IWF Technical Data Film, 16 mm, LT, 124 m ; SW, 11 1/2 min

Content Metadata

Subject Area Engineering
Abstract Einfluß drei verschiedener Wärmebehandlungen auf die Zerspanbarkeit des Stahls Ck 45 sowie Vergleich der Zerspanbarkeit zwischen einem mikrolegierten Edelbaustahl und Kugelgraphitguß. Fließspäne, Scherspäne, Scherebene, Fließschicht, Scherwinkel, Spandickenstauchung. Aufbauschneide, plastische Verformung. Zeitdehnung.
Keywords Spanbildung / Scherspanbildung / Metall
Spanbildung / Fließspanbildung / Metall
Aufbauschneidenbildung
Zerspanung / Stahl
Stahl / Zerspanung
Annotations
Transcript
Um den Einfluß der Wärmebehandlung auf die Zerspanbarkeit zu untersuchen, wurden aus einer Schmelze drei Varianten des Stahls Ck 45 erstellt. Das linke Bild zeigt das polierte und geätzte Feingefüge eines vergüteten Ck 45. In der Mitte ist das Gefüge eines normalisierten Ck 45 dargestellt und rechts ein Gefüge, das entsteht, wenn der Stahl aus der Schmiedewärme gesteuert abgekühlt wird.Der vergütete Ck 45 V besitzt ein homogenes, feinkörniges ferritisch-perlitisches Gefüge. Das normalisierte Gefüge des Ck 45 N zeigt ein gleichmäßiges Ferritnetz mit eingebetteten Perlitkörnem.Bei dem aus der Schmiedewärme gesteuert abgekühlten Ck 45 BY ist das Ferritnetz gröber ausgebildet. Die Ferritsäume entsprechen den ehemaligen Austenitkorngrenzen.
Diese mikrokinematografischen Aufnahmen zeigen den Zerspanvorgang im Orthogonalschnitt. Der von links in das Werkstück eindringende Schneidkeil staucht den Werkstoff und verursacht über die Keilwirkung eine Zugbeanspruchung, unter der das Werkstoffgefüge auseinandergetrieben Die Scherung erfolgt unter einem Winkel von 35 Grad. Durch überwiegend plastische Verformung entsteht beim Ck 45 V ein Fließspan, der gleichmäßig nach links über die Spanfläche abläuft. An der Spanunterseite sind helle Zonen zu erkennen, die als Fließschicht zwischen Span und Werkzeug wirken.
Beim normalisierten Gefüge des Ck 45 N entsteht ebenfalls ein Fließspan, der gleichmäßig über die Spanfläche abläuft. Die Spanoberseite erscheint etwas stärker gekerbt als beim vorher gezeigten Vergütungsgefüge. Das im Vergleich zum übrigen Grundgefüge weiche Ferritnetz erleichtert den Zerspanvorgang auf Grund seiner guten plastischen Verformbarkeit. Die zur Scherebene parallelen, hellen Streifen im Span entsprechen den ehemaligen Ferritsäumen im Gefüge des Schmiedestahls. Der Scherwinkel beträgt etwa 40 Grad. Bei diesen Untersuchungen wurde die Schmiedengeometrie mit einem Spanwinkel von 0 Grad und einem Freiwinkel von 8 Grad konstant gehalten.
Das imVergleich zu den anderen Stählen gröbere Korn des aus der Schmiedewärme gesteuert abgekühlten Ck 45 BY begünstigt die Trennvorgänge im Werkstoffgefüge. Der Scherwinkel ist mit 40 Grad größer als beim Ck 45 V. Die Spandickenstauchung ist somit beim Ck 45 BY geringer. Die Spanoberseite ist zerklüftet und unregelmäßig geformt.
Der mikrolegierte Edelbaustahl 49 MnVS 3 BY und der Kugelgraphitguß GGG-60 werden beide gleichermaßen für PKW-Motorenteile, wie z.B. Kurbelwellen, verwendet. Der aus der Schmiedewärme gesteuert abgekühlte Edelstahl (links) weist ein gleichmäßiges Ferritnetz auf, in das eine hauptsächliche perlitische Grundmasse eingelagert ist. Bei diesem Stahl wurde der Schwefelgehalt leicht erhöht, um die Zerspanbarkeit zu verbessern.Im hellen Ferrit sind runde bis längliche Mangansulfideinschlüsse als dunkle Punkte Das ferritisch-perlitische Gefüge des Kugelgraphitgusses (rechts) ist durch runde Graphiteinschlüsse, die sogenannten Sphärolithen, gekennzeichnet. Durch die kugelige Form des Graphits werden Spannungsspitzen im Gußstück abgebaut.
Bei einer Schnittgeschwindigkeit von 0,01 m/min läuft der Schnittvorgang gleichmäßig ab. Der entstehende Fließspan zeigt an seiner Unterseite helle Fließschichten. Die in der Scherzone unter einem Winkel von 35 Grad verformten Ferritsäume und die in den Perlitinseln eingelagerten Ferritanteile bilden nach der Umformung im Span parallele helle Streifen.
Die Schnittgeschwindigkeit wurde von 0,01 m/min auf 1,25 m/min erhöht. Durch eine entsprechende proportionale Steigerung der Aufnahmefrequenz scheint der Vorgang jedoch etwa gleich schnell abzulaufen. Der Fließspan läuft mit einer leichten Krümmung kontinuierlich ab. Die Fließschichten zwischen Span und Werkzeug sind deutlicher ausgeprägt als bei der niedrigen Schnittgeschwindigkeit.
Durch den eindringenden Schneidkeil werden die runden Graphiteinschlüsse beim Kugelgraphitguß zusammengedrückt und aus der Gefügematrix gepreßt. Infolge plastischer Verformung und anschließender Rißbildung entstehen mehr oder weniger zusammenhängende Scherspäne. Nach dem Abtrennen eines Spanelementes wird der Schnittdruck plötzlich freigesetzt, und der Schneidkeil dringt erneut in das Werkstück ein. Der abfließende Span wird dann unterbrochen, wenn ein Sphärolith in die Scherzone gelangt und dadurch die Verbindung zwischen einzelnen Spanelementen abreißt. Die Spanoberseite erscheint stark zerklüftet.Bei
einer Schnittgeschwindigkeit von 1,25 m/min hat sich beim Kugelgraphitguß eine stabile bis zu 70 mikrometer hohe Aufbauschneide gebildet - ein Hinweis auf die starke Klebneigung des Gußwerkstoffes. Durch die Aufbauschneide ergibt sich ein stark positiver Spanwinkel von etwa 35 Grad. Dies verursacht eine nur geringe Scherung, und der Zusammenhalt der Späne wird begünstigt.
Nach einer Drehung der Bilder um 90 Grad werden in dieser Gegenüberstellung die Unterschiede zwischen der Stahlzerspanung und der Gußzerspanung besonders deutlich. Beim Schmiedestahl (links) erfolgen die Spanentstehungen und der Spanablauf gleichmäßig, während rechts, beim Kugelgraphitguß, einzelne und z.T. zusammenhängende Scherspäne unter ruckartiger Schnittbewegung aus der Randschicht des Werkstücks herausgetrennt werden.
Computer animation
Machining
Werkstoff
Ductile iron
Stress (mechanics)
Werkstück
Tool
Steel
Wirken
Werkstoff
Schnittgeschwindigkeit
Thrust
Melting
Gefüge <Werkstoffkunde>
Machinability
Swarf
Plastische Deformation
Alcohol proof
Wärmebehandlung
Weiche <Eisenbahn>
Gefüge <Werkstoffkunde>
Swarf
Computer animation
Plastizität
Alcohol proof
Nissan Patrol
Punch (tool)
Gefüge <Werkstoffkunde>
Computer animation
Alcohol proof
Steel
Casting
Ferrite (magnet)
Steel
Schnittgeschwindigkeit
Graphite
Spherulite (polymer physics)
Ductile iron
Gefüge <Werkstoffkunde>
Schnittgeschwindigkeit
Machinability
Swarf
Alcohol proof
Nissan Patrol
Motor-generator
Kurbelwelle
Edelstahl
Overvoltage
Schnittgeschwindigkeit
Swarf
Computer animation
Tool
Ductile iron
Spherulite (polymer physics)
Ductile iron
Separation process
Schnittgeschwindigkeit
Swarf
Gusswerkstoff
Plastische Deformation
Alcohol proof
Rissbildung
Thrust
Ductile iron
Werkstück
Computer animation
Alcohol proof
Randschicht
Schnittgeschwindigkeit
Institut für Fertigungstechnik
Ductile iron
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