01: Werkstoffspezifische Herausforderung in der Zerspanung Teil 2

Question 1

Gusseisenwerkstoffe: Anwendungsbeispiele

Answer 1

• Motorblock (komplex, hohe thermische und mechanische Belastungen)
• Fittings (hohe Beanspruchungen, große Stk.)
• Leichtbauteile (dünne Wandstärken Potenzial für Gewichtseinsparungen)

–> Aufgrund der guten Fließeigenschaft von Gusseisenwerkstoffe können komplexe Bauteile sowohl in kleinen als auch sehr großen Stückzahlen formgetreu und mit geringer Nachbearbeitung gefertigt werden

Question 2

Einteilung des Gusseinsens

Answer 2

Weißes Gusseisen:
* Erstarrung nach dem metastabilen System
* Kohlenstoff liegt in Form von Zementit Fe3C vor
–> Schwarzer Temperguss (GJMB)

Graues Gusseisen:
* Erstarrung nach dem stabilen System
* Kohlenstoff liegt in Form von Graphit vor
–> Lamellengraphit (GJL)

Question 3

Verschleißart bei Zerspanung von Gusseisen

Answer 3

• Aufgrund der Kombi von abrasiven und adhäsivem Verschleiß tritt Kolkverscheiß auf

–> im kontinuierlichen Schnitt Kühlschmierstoff empfehlenswert

Question 4

Kupferwerkstoffe:
Anwendungsbeispiele

Answer 4

• Sanitärindustrie
• Wärmeleiter (CPU-Kühler)
• Elektroindustrie

–> Aufgrund der sehr guten thermischen und elektrischen Leitfähigkeit sowie der Korrosionsbeständigkeit wird der Werkstoff Kupfer als Reinstoff und als Legierung in vielen Bereichen der Industrie eingesetzt

Question 5

Zerspanbarkeit von reinem Kupfer

Answer 5

• schlecht zerspanbar
• duktil, neigt zum kleben
• bildet lange Spanform
• gute Wärmeleitfähigkeit
• geringer Werkzeugverschleiß wegen geringer Festigkeit

Question 6

Verfestigungsmechanismen

Answer 6

*Mischkristallverfestigung
* Kaltverfestigung
* Verfestigung durch Korngrenzenhärten
* Verfestigung durch Ausscheidungshärten

Question 7

Einfluss von Legierungen auf Zerspanbarkeit (Homogenen Gefüge)

Answer 7

Zn:
steigert Korrosionsbeständigkeit und Wärmefestigkeit, senkt Leitfähigkeit für Wärme und Elek

Ni:
im relevanten Bereich (wie Cu) nur α-Mischkristall und mit steigenden Anteil höhere Festigkeit

Al, Fe, Mn:
festigkeitssteigernd, Fe und Mn bilden mit Si Silizide

Mn:
erhöht die Entfestigungstemperatur

Question 8

Einfluss von Legierungen auf Zerspanbarkeit (Heterogenen Gefüge)

Answer 8

Zn:
ab 37% Zn-Gehalt entsteht heterogenes α/β-Messing
mit erhöhter Festigkeit und reduzierter Bruchdehnung

Pb:
an Korngrenzen ausgeschieden, reduziert Scherfestigkeit und Rissbildung durch Steifigkeitssprung –> kurze Späne;
reduzierte Reibung durch Schmierfilmbildung und Adhäsionsneigung verlängern Standzeit

Question 9

Blei in Kupferlegierung

Answer 9

• kurze Späne aufgrund geringer Scherfestigkeit
• Bleischmierfilm zwischen Werkzeug und Span
  reduziert Werkzeugverschleiß drastisch
• sogenannte Automatenmessinge sind speziell für die Massenfertigung entwickelte, bleihaltige
  Werkstoffe

–> Verbot wegen Gesundheitsschädigung

Question 10

Nachteile bei Zerspanung von bleifreien Kupferwerkstoffen

Answer 10

• Band- und Wirrspäne (kontrollieren)
• Höhere Zerspankraft (reduzieren)
• Höherer Verschleiß (reduzieren)
• Geringere Bauteilqualität (verbessern)

–> Optimierung dementsprechend gegenläufig

Question 11

Nickelbasislegierung:
Anwendungsbeispiele

Answer 11

• Stromerzeugung
• Apparatebau (Druckbehälter)
• Luftfahrt ( Festigkeit sicherheitsrelevanter Bauteile)

–> Nickelbasislegierungen werden aufgrund ihrer Eigenschaften (korrosionsbeständig, hochwarmfest) in vielen
Bereichen mit hoher Temperaturbelastung eingesetzt.

Question 12

Verschleißart bei Zerspanung von Ni-basislegierung

Answer 12

• hohe mechanische und thermische Belastung auf Werkzeugschneide
• Werkstoff starke Neigung zur Adhäsion mit Schneidstoff -> Aufbauschneidenbildung
• Abrasivverschleiß durch Carbide und intermetallische Phase

Question 13

Zerspanbarkeit von Inconel 718

Answer 13

Ni-basisleg. besitzen hohe Warmfestigkeit, Zähigkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit:

-> hohe mech. und therm. Belastung der Werkzeugschneide
-> Neigung zur Adhäsion zwischen Werkstoff und Schnheidstoff
-> Aufbauschneidbildung
-> Abrasionsverschleiß durch Karbide und intermet. Phase
-> ungünstige Spanform (Band- und Wirr)
-> Kaltverfestigung der bearb. Werstückrandzone

Question 14

Titanlegierung:
Anwendungsbeispiel

Answer 14

• Flugzeugbau (Gewichtsreduktion)
• Medizintechnik (biokompatibel und korrosionsbeständig)
• Sportequipment
  (langlebig und stabiler als Carbon)

–> Korrosionsbeständigkeit in zahlreichen Medien durch eine Schutzschicht und eine hohe Festigkeit bei geringer
Dichte führt dazu, dass Titan und Titanlegierungen in vielen Bereichen als Leichtbauwerkstoff genutzt werden.

Question 15

Zerspanbarkeit von Titanwerkstoffen

Answer 15

• Ungünstiger Spanbildungsmechanismus
  (lamellar) mit hoher dynamischer Schneidkantenbelastung
• Geringe Wärmeleitfähigkeit, dadurch
  geringe Wärmeabfuhr über den Werkstoff
• Hohe thermische Werkzeugbelastung

Question 16

Werkzeugverschleiß bei Titanlegierung reduzieren

Answer 16

• Beschichtung des Werkzeuges
• Veränderung der Prozessparameter
• Anpassung der Kühlschmierstoffstrategie