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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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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.
Passung
Kugelgraphit
Wiedereintritt
Spanbildung
Computeranimation
Käse
Werkstoff
Schmelze
Spanbarkeit
Wärmebehandlung
Stahl
Wirken
Feinkorn
Werkstück
Proof <Graphische Technik>
Werkstoff
Span
Werkzeug
Scherung
Gefüge <Werkstoffkunde>
Schnittgeschwindigkeit
Plastische Deformation
Span
Weiche <Eisenbahn>
Plastizität
Proof <Graphische Technik>
Gefüge <Werkstoffkunde>
Computeranimation
Nissan Patrol
Stahl
Ankörnen
Proof <Graphische Technik>
Gefüge <Werkstoffkunde>
Computeranimation
Spanbarkeit
Schnittgeschwindigkeit
Edelstahl
Stahl
Proof <Graphische Technik>
Sphäroguss
Span
Umformer
MAC
Ferrite
Graphit
Gefüge <Werkstoffkunde>
Schnittgeschwindigkeit
Überspannung
Kir
Gussteil
Nissan Patrol
Werkzeug
Span
Schnittgeschwindigkeit
Kugelgraphit
Computeranimation
Span
Gusswerkstoff
Schnittgeschwindigkeit
Trennverfahren
Rissbildung
Proof <Graphische Technik>
VW 411
Sphäroguss
Sphärolith
Plastische Deformation
Kugelgraphit
Werkstück
Proof <Graphische Technik>
Schnittgeschwindigkeit
Randschicht
Computeranimation

Metadaten

Formale Metadaten

Titel 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
Alternativer Titel 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
Autor Winkler, Horst
Tönshoff, Hans Kurt
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DOI 10.3203/IWF/E-2697
IWF-Signatur E 2697
Herausgeber IWF (Göttingen)
Erscheinungsjahr 1982
Sprache Deutsch

Technische Metadaten

Dauer 10:51
IWF-Filmdaten Film, 16 mm, LT, 124 m ; SW, 11 1/2 min

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Technik
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.
Schlagwörter Spanbildung / Scherspanbildung / Metall
Spanbildung / Fließspanbildung / Metall
Aufbauschneidenbildung
Zerspanung / Stahl
Stahl / Zerspanung

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