Die Vielfalt der Waelzholz Hochfest-Werkstoffe

26.06.2020 | Produkte & Anwendungen

Hochfest ist nicht gleich hochfest: Wer die Werkstoffe allein über die mechanischen Kenngrößen Streckgrenze, Zugfestigkeit und Dehnung definiert und auswählt, verpasst die Chance, jenen mit dem besten Gesamtpotenzial für den gewünschten Zweck zu erhalten. Denn: Ganze sechs Werkstoffgruppen von Waelzholz gehören zur Kategorie hochfest. Alle mit ganz unterschiedlichen weiteren Eigenschaften für die Weiterverarbeitung und Endanwendung. Da finden Kunden für ihre individuellen Anforderungen eine wirklich passgenaue Lösung.

 

Von hochfestem Stahl sprechen wir, wenn der Werkstoff Streckgrenzen von mehr als 800 MPa aufweist. In manchen Anwendungen, zum Beispiel Kupplungslamellen im Automobilbau, sind Streckgrenzen von bis zu 1.200 MPa gefordert, die etwa der Waelzholz Hochleistungs-Werkstoff RAWAEL© erreicht. Ein Großteil der Anwendungen in dem Hochfest-Spektrum findet sich jedoch in einem Streckgrenzen-Bereich, der von ganz unterschiedlichen Werkstoffen abgedeckt wird. Bei Waelzholz stehen Kunden hier sechs verschiedene Werkstoffgruppen zur Verfügung (Abbildung 1). Diese besitzen unterschiedliche Potenziale zum Beispiel in Bezug auf die Eigenschaften Fügefähigkeit, Federeigenschaften, Isotropie sowie Biegbarkeit längs und quer. Der Vorteil: Zusätzlich zur Festigkeit lassen sich diese Eigenschaften mit in das Kalkül für eine optimale Anwendung im jeweiligen Kundenprojekt einbeziehen. So erhält der Kunde eine hochgradig passgenaue Werkstofflösung.

 


Abbildung 1:  Einstufung der Eigenschaften der Waelzholz Hochfest-Werkstoffe

 

Große Bandbreite hochfester Güten

Waelzholz definiert unter Hochfest-Güten die Werkstoffgruppen Bainit, Martensit, SORBITEX©, kaltverfestigte Kohlenstoffstähle sowie kaltverfestigte, korrosionsbeständige Stähle und mikrolegierte Feinkornstähle. Abbildung 2 zeigt vergleichend die wichtigen mechanischen Kennwerte Streckgrenze, Zugfestigkeit und Dehnung dieser sechs Werkstoffgruppen. Die ersten drei Ausführungen sind die vergüteten Bandstähle Bainit, Martensit und Sorbit. Sorbit kann nach der Vergütung noch umgeformt werden, wobei der Werkstoff in diesem Prozess eine Formänderung um mehr als 80 % erfährt. Das Ergebnis sind extrem hohe Festigkeiten. Der Werkstoff erhält dann den Namenszusatz „-tex“ und wird zu SORBITEX©. Die Werkstoffe „Ausführung +C“ verfügen über eine Streckgrenzen-Bandbreite Rp0,2 von 600 MPa bis zu 2.200 MPa und werden durch Kaltwalzen in das vom Kunden gewünschte Festigkeitsfenster gebracht. Korrosionsbeständige Güten bringen von Hause aus bereits eine sehr hohe Festigkeit mit sich. Ganz rechts im Diagramm finden sich die mikrolegierten Güten, zu denen unter anderem die Waelzholz-Entwicklung RAWAEL© gehört.

 

Abbildung 2: Mechanische Kennwerte der Waelzholz Hochfest-Werkstoffe

Abbildung 2: Mechanische Kennwerte der Waelzholz Hochfest-Werkstoffe

 

Die passgenaue Wahl des Hochfestwerkstoffs

Doch wie wird nun aus dem Waelzholz-Portfolio der passende Werkstoff ausgewählt? Dazu ein Beispiel: eine neue Automotive-Anwendung im Bereich der Sicherheitstechnik erforderte eine hohe Stabilität des Bauteils bei definiert geringem Gewicht. Also sollte es ein Stahl aus der Hochfest-Gruppe sein. Die Anforderung des Herstellers an den optimalen Stahlwerkstoff war jedoch wesentlich komplexer: dieser musste eine hohe Streckgrenze aufweisen, jedoch gleichzeitig gut umformfähig und zudem für den Schweißvorgang innerhalb des Verarbeitungsprozesses geeignet sein.

Aus den Berechnungen der Umform- und Leichtbauanforderungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode ergab sich eine Kennwertauslegung mit Streckgrenze Rp0,2 von mindestens 800 MPa in Verbindung mit einer Dehnung A80 von mindestens 10 %. Auf Basis dieser Kennwertbetrachtung wären vier der sechs Hochfestgruppen auswählbar gewesen: bainitisch und martensitisch vergütete Stähle, korrosionsbeständige Stähle sowie mikrolegierte Feinkornstähle. Das dritte und in diesem Fall entscheidende Anforderungsmerkmal, nämlich die Fügefähigkeit bzw. Schweißbarkeit, erfüllten jedoch nur der korrosionsbeständige Bandstahl sowie der mikrolegierte Feinkornstahl. Vor dem Hintergrund der guten Kosten-Nutzen-Relation und der sehr guten Schweißbarkeit bemusterten wir mit einem mikrolegierten Bandstahl aus der RAWAEL® Werkstoffgruppe. Wie sich beim Prototypenbau herausstellte, war dies genau die richtige Empfehlung für eine kostenoptimierte Verarbeitung und ein Endprodukt mit passgenauen Eigenschaften.

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