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Energieeffiziente Prozesskette für neue bainitische Schmiedestähle durch die Anwendung thermo-mechanischer Umformprozesse

Antragsteller Dr.-Ing. Jérémy Epp
Fachliche Zuordnung Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
Förderung Förderung von 2017 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327887503
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Energieeffizienz ist eine der Hauptantriebskräfte für die Umgestaltung der industriellen Produktion. Für die stahlerzeugende und -umformende Industrie hat die Entwicklung fortschrittlicher Stahllegierungen zur Herstellung von Bauteilen mit höherer Festigkeit oder der Ersatz energieintensiver Prozesse durch ressourceneffiziente Alternativen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Auch das aktuelle Projekt verfolgte ein ähnliches Ziel: einen Beitrag zur Weiterentwicklung und Etablierung einer energieeffizienten Produktion von Schmiedewaren mittels thermomechanischer Bearbeitung (TMP) zu leisten. Dabei sollten neue Konzepte für Fertigungsketten entwickelt werden, die vor allem darauf abzielen, die Anzahl der notwendigen Arbeitsschritte zur Herstellung von Schmiedeteilen mit angepassten mechanischen Eigenschaften zu reduzieren. Zu diesem Zweck wurde eine neue Legierungsklasse von bainitischen Schmiedestählen (CCBS) als Ersatz für herkömmliche Vergütungs- oder Einsatzstähle in Betracht gezogen. Im Gegensatz zu den konventionellen Legierungen erreichen CCBS ihre endgültige Mikrostruktur durch freie Abkühlung an der Luft, die direkt nach dem Warmschmieden von endkonturnahen Rohlingen erfolgen kann, wodurch die Notwendigkeit einer zusätzlichen Wärmebehandlung entfällt. In diesem Projekt wurden grundlegende Untersuchungen über die Entwicklung des bainitischen Gefüges bei kontinuierlicher Abkühlung durchgeführt, indem verschiedene In-situ-Techniken kombiniert wurden. Diese Experimente ermöglichten es, die Auswirkungen der thermomechanischen Prozesse im Detail zu bewerten und anschließend Schmiedeprozesse für die industrielle Umsetzung zu entwickeln. Mit der Festlegung eines optimalen Verarbeitungsfensters wurden die Schmiedeteile oberflächenbehandelt, um maßgeschneiderte Eigenschaften zu erzielen. Dieser Ansatz ermöglichte es zu beobachten, wie sich die thermomechanische Verarbeitung auf das mikrostrukturelle Ergebnis und die Eigenschaften auswirkte. Gleichzeitig wurde der Energieverbrauch der einzelnen Schritte der optimierten Prozesskette berücksichtigt und mit einer konventionellen Fertigungskette verglichen, um die potenzielle Steigerung der Energieeffizienz zu überprüfen. Schließlich wurde durch den Vergleich verschiedener chemischer Legierungszusammensetzungen gezeigt, wie die Implementierung von CCBS eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Energieeffizienz im Vergleich zu konventionellen Ansätzen ermöglichen kann. Dabei konnte gezeigt werden, dass die neue Fertigungskette mit einem finalen Nitrierprozess mit angepassten Parametern zu einer besseren Flankentragfähigkeit der hergestellten Zahnräder im Vergleich zu einem konventionell geschmiedeten und aufgekohlten 20MnCr5-Stahl führte, während eine Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs um fast 50 % erzielt werden konnte.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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