Ausgabe 05 | 2021

Hochfest und zerspanbar

Steeltec AG

Die Anforderungen der Zukunft verlangen einem Stahl einiges ab, etwa, dass er zwei eigentlich konträre Eigenschaften vereint – eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher Zerspanbarkeit. Um die eigenen Werkstoffe in dieser Hinsicht weiterzuentwickeln, hat der Blankstahlspezialist Steeltec Zerspanungstests durchgeführt. Das Ergebnis: Mit der Steeltec-eigenen Xtreme Performance Technology (XTP®) behandelt, sind Stähle auch mit Festigkeiten von über 1500 N/mm2 zerspanbar.

Die Firma Ohnmacht Zerspanungstechnik aus D-78736 Epfendorf fertigt seit mehr als 40 Jahren einbaufertige Präzisionsdrehteile. Genutzt werden CNC-Drehzentren mit einem Stangendurchlass von 10 bis 80 mm. Die Produkte werden in der Hydraulik und Antriebstechnik, im Maschinenbau, im Hochdruckbehälterbau, in Armaturen und Rohrleitungen sowie im Motorsport eingesetzt. Darüber hinaus fertigt Ohnmacht Sonderdrehteile in Klein- und Mittelserien. In diesen Zielanwendungen herrschen extrem hohe Drücke und Antriebsmomente, daher setzt Ohnmacht seit jeher besonders hochfeste Stähle ein. Mit Bauteilen aus Standardstählen kommen die Kunden des süddeutschen Unternehmens in puncto Festigkeit schnell an ihre Grenzen. Bei normaler Zugfestigkeit treten erfahrungsgemäss Störungen – zum Beispiel Brüche oder Risse – auf, wie Geschäftsführer Gunther Ohnmacht berichtet.

Spezialstahl für komplexe Anwendungen
Deswegen setzt Ohnmacht seit rund drei Jahrzehnten auf die Zusammenarbeit mit Steeltec und fertigt Teile aus den hochfesten Spezialstählen ETG® 88 und ETG® 100. Sie eignen sich für komplexe Teile sowie anspruchsvolle Herstellungsprozesse und sind dabei viel besser zerspanbar als Standardvergütungsstahl. Letzterer muss für eine hohe Zugfestigkeit in der Regel zunächst einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Darauf folgt die oft beschwerliche Nachbearbeitung.
Um einen Stahl zu erhalten, der weder diese aufwendigen Schritte noch die Zugabe teurer Legierungselemente benötigt, hat Steeltec die Xtreme Performance Technology (XTP®) entwickelt. Über eine kontrollierte thermomechanische Prozessführung entsteht bei der Stahlherstellung ein extrem homogenes, ultrafeinkörniges Gefüge. Die im Stahl eigentlich gegenläufigen Eigenschaften Festigkeit und Zähigkeit werden gleichermassen erzielt. Das erspart Anwendern Kosten und gibt ihnen einen multifunktionalen Stahl, dessen Eigenschaften sich kundenspezifisch exakt wie be­nötigt gestalten lassen.

Kontinuierlich Stähle mit höherer Festigkeit gesucht
Werkzeugsysteme weisen heutzutage immer höhere Standzeiten auf und können immer mehr Stahl in geringerer Zeit bearbeiten. Doch damit diese Vorteile im Herstellungsprozess wirklich genutzt werden können, muss auch der zu bearbeitende Werkstoff selbst ständig weiterentwickelt werden. Gefragt ist ein Stahl mit verbesserten dynamischen und mechanischen Eigenschaften – sowohl hochfest als auch gut zerspanbar. Ob ein Werkstoff gut zerspanbar ist, hängt vor allem von seiner Festigkeit und Zähigkeit ab. Ist er hochfest und zäh, verschleissen die Werkzeuge schneller, da eine höhere Schnittkraft und mehr Energie zum Zerspanen benötigt werden. Auch auf die Oberflächengüte des Werkstoffs wirkt sich dies negativ aus. Gut zerspanbare Werkstoffe zeigen je nach Bedarf glatte Oberflächen, produzieren kurze Späne, benötigen geringere Zerspankräfte und ermöglichen insgesamt hohe Werkzeugstandzeiten – dafür mussten Anwender jedoch bisher Abstriche bei der Festigkeit machen. Steeltec vereint mit XTP® beide Eigenschaften miteinander. Bei der Beurteilung des Testergebnisses waren besonders die folgenden Faktoren von Bedeutung: die Länge der Späne, die Standzeiten der Werkzeuge und die Oberflächen der Bauteile.
Bei Festigkeiten von über 1500 N/mm2 werden als Schneidstoff verstärkt Bornitrid und Schneidkeramik verwendet. Die Zerspanbarkeit hängt jedoch nicht nur vom Werkstoff, sondern auch von den Zerspanungsbedingungen ab – vom Zusammenspiel von Maschine, Werkzeug und Schnittgeschwindigkeit.

XTP®-Stahl im Zerspanungs­versuch
Für eine erhöhte Produktions- und Liefersicherheit sucht Ohnmacht stets nach Werkstoffen mit einer Festigkeit bis 1400 N/mm2 – ein Wert weit ausserhalb herkömmlicher Grenzen. Eine Anforderung, die Steeltec mit der einzigartigen XTP®-Technologie erfüllen kann. Um das Potenzial des Verfahrens in dieser Hinsicht weiter zu erforschen, ist Steeltec auf Ohnmacht zugegangen. Denn der langjährige und zuverlässige Partner setzt genau die passenden Werkzeuge und Maschinen für den hochfesten Bereich ein. Ziel der Zerspanungsversuche war es, einen sowohl hochfesten als auch gut zerspanbaren Werkstoff zu finden und neue Anwendungsbereiche für das XTP®-Verfahren im eigenen Stahlportfolio auszuloten. Für Ohnmacht ging es um einen optimierten Werkstoff für die zukünftige Anwendung. Grundlage für die gemeinsame Testreihe war ein Vertrauensverhältnis, berichtet Christoph Reiser, Technischer Berater bei Steeltec, der verantwortlich für die Zerspanungsversuche zeichnet. «Wir legen in der Zusammenarbeit mit unseren Kunden seit jeher grossen Wert auf gute Kommunikation und die persönliche Betreuung sowie die punktgenaue Einhaltung von Fristen und Absprachen. Denn der eingesetzte Blankstahl mit all seinen Eigenschaften muss für die Kunden perfekt zugeschnitten sein und ist wertvoll. Speziell im hochfesten Bereich entscheiden Kleinigkeiten darüber, ob er zum Einsatz kommt oder nicht. Hierzu gehört auch die Ausführung des Materials, damit für die Zerspanung an den Anlagen alles passt», so beschreibt der Technische Berater das Verhältnis zum langjährigen Kunden.
Bei dem Test setzten Steeltec und Ohnmacht unterschiedliche Materialien wie C45 XTP® und 42CrMo4 XTP® ein. Die XTP®-Anlagentechnik ist für einen Abmessungsbereich von rund 16 bis rund 40 mm verfügbar. Die Firma Ohnmacht stellt jedoch Produkte mit Durchmessern von 25 bis 300 mm her, somit kamen beim Test Stahlstangen im Abmessungsbereich von 25 bis 40 mm zum Einsatz. Das XTP®-Material wurde mit Festigkeiten auf einer Skala von 800 bis 1700 N/mm2 zerspant. Bewertet wurden die Ergebnisse anschliessend hinsichtlich Oberflächengüte, Spanform, Schnittparametern und Verschleiss der einzelnen Werkzeuge. Speziell beim Einstechen und beim Gewindeformen stellte sich je nach Zugfestigkeit des getesteten Materials ein hoher Verschleiss vor allem beim Abstechen des fertigen Teils von der Stange ein. Doch das erhoffte Ergebnis konnten die Partner bestätigen: Der XTP®-behandelte Werkstoff mit hohen Zähigkeits- und Festigkeitswerten konnte im Test mit speziellen Werkzeugen für diese Festigkeit gut zerspant werden. «Passendes Material mit einer Festigkeit von 1700 N/mm2 gab es am Markt bislang nicht. In der Vergangenheit merkten wir bei hochvergütetem Material teilweise schon nach der Bearbeitung von 10 bis 15 Teilen, dass die Werkzeuge der Maschine zerschlissen sind», sagt Ohnmacht-Geschäftsführer Gunther Ohnmacht. «Neue Werkzeugsysteme können heute aber das Fünffache leisten. Mit dem Spezialstahl von Steeltec können dank unserer Drehversuche so mehr Teile von hoher Qualität produziert werden – für alle Beteiligten ­eine Win-win-Situation.»

Span(n)ende Einsatzmöglichkeiten
Mit der XTP®-Technologie betritt Steeltec Festigkeitsbereiche, die Zerspanungsbetriebe vor Herausforderungen stellen können. Bei den Zerspanungsversuchen mit der Firma Ohnmacht gewann der Blankstahlproduzent viele Erkenntnisse, die den Einsatz von XTP®-Stahl auch für zerspanungsintensive Teile rechtfertigen. Beide Partner profitieren von dem Ergebnis: Steeltec konnte das Optimierungspotenzial seiner Werkstoffe weiter austesten; für Ohnmacht birgt XTP® spannende Einsatzmöglichkeiten für die Fertigung. Den Endkunden stehen somit leistungsfähigere Bauteile mit deutlich verbesserten dynamischen Kennwerten zur Verfügung.

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