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Hart, aber auch duktil - neuartige, innovative Spray-Härteanlage zur bainitischen Wärmebehandlung direkt aus der Schmiede

Die Firma Heess forscht seit Jahren immer wieder an Themen, welche nicht immer direkt mit den Fixturhärtemaschinen im Zusammenhang stehen. So wurde jetzt ein Projekt erfolgreich abgeschlossen, in welchem eine Prototypenanlage für die direkte Bainitisierung aus der Schmiedewärme entwickelt wurde.

Dabei standen Bauteile, welche im Fahrwerkswerksbereich von Personenfahrzeugen aber auch Nutzfahrzeugen zu finden sind, im Fokus der Untersuchung. Diese Teile müssen aufgrund der Schwingungs- und Schlagbelastung nicht alleinig eine hohe Festigkeit aufweisen, sondern hier ist auch eine Rissunempfindlichkeit zwingend notwendig, wofür sind besonders ein bainitisches Gefüge mit hoher Festigkeit und guter Restduktilität anbietet. Die dafür notwendige Wärmebehandlung erfordert, insbesondere wenn es sich auch noch um geometriekomplexe Bauteile handelt, eine flexible Abkühleinrichtung.

Hierfür wurde eine Anlage entwickelt, welche über verschiedene Sensoren ein Luft-Wasser-Spray geregelt zur Kühlung einsetzen, wodurch die verschiedenen Bauteilbereiche mit sehr unterschiedlichen Kühlleistungen beaufschlagt werden können. Im ersten Schritt ist vielfach eine hohe Abschreckwirkung notwendig, um von der Schmiedetemperatur auf eine Temperatur zu kommen, bei welcher die Bainitumwandlung beginnt, wonach eine isotherme Haltephase mit Abfuhr der Kern- und Umwandlungswärme erfolgen muss. Abhängig von der Bauteilgröße ist danach noch eine dritte Phase mit einer temperierten Umgebung erforderlich, um die Bainitumwandung abzuschließen bzw. so weit fortzuführen, dass alle relevanten Materialparameter erreicht werden.

Die ersten Materialtests zeigen, dass die typische Bainithärte erreicht wird, aber vor allem, dass in den wichtigeren Bruchuntersuchungen ein gutes erstes Ergebnis erreicht wurde. Die allermeisten Proben übersprangen, die für diese Teile notwendigen 27J im Kerbschlagbiegeversuch ohne Probleme, lediglich eine Probe erreichte das Ziel nicht ganz. Wobei dies eine Feineinstellung der Parameter in der Anlagensteuerung leicht beseitigen kann.            
Die entscheidenden Vorteile dieses Verfahrens sind, dass einerseits die zurzeit häufig verwendete separate Wärmebehandlung mit einem Wiedererwärmen, Abschrecken und Anlassen deutlich verkürzt wird. Der Energieverbrauch für das Wiedererwärmen komplett entfällt und für das zum Teil noch erforderliche Restumwandeln, welches bei ähnlichen Temperaturen wie das Anlassen erfolgt, zumindest zum Teil die Eigenwärme der Bauteile selbst verwendet wird. Damit ist nach dem ersten Erwärmen auf Schmiedetemperatur nur noch ein sehr geringer Energieeintrag notwendig, um die Wärmebehandlung abzuschließen. Darüber hinaus können Vergütungsstähle durch kostengünstige HDB-Stähle ersetzt werden.