HSX 90 – die modulare Stahllösung
Für hochbelastete und dünnwandige Bauteile
Branchenübergreifend werden Bauteile benötigt, die kompakt, druckdicht und langlebig sind. Hochfeste Stähle sind gefordert, die den Anwendungsanforderungen entsprechen, bauteilspezifisch aber auch für das Zerspanen, Schweißen und Kaltformen geeignet sind. Konstrukteure müssen bei der Werkstoffauswahl häufig Kompromisse machen. Mit dem Entwicklungswerkstoff HSX 90 bietet die Steeltec AG jetzt maximale Flexibilität.
Dünnwandige Bauteile und Anwendungen mit hoher Druckbeaufschlagung sowie geforderter Innen- und Außendruckdichtigkeit kommen unter anderem in Assistenz- und Sicherheitssystemen sowie modernen Motoren von PKWs zum Einsatz. Sie müssen zum Teil sowohl Quer- als auch Längsbelastungen standhalten. Eine große Zuverlässigkeit und Beständigkeit in der Anwendung gewährleisten Werkstoffe, die ein reines und homogenes Gefüge und eine hohe Isotropie der Eigenschaften mitbringen.
Das trifft auf bainitische Stähle zu. Genau deshalb hat die Steeltec AG als einer der wenigen Anbieter von Spezialstahl einen neuen bainitischen Stahl ins Portfolio aufgenommen. „Mit hoher Gefügereinheit allein kommt das Erfolgsrezept nicht aus. Die verschiedenen Anwendungsbereiche stellen nochmal komplett unterschiedliche Spezialanforderungen an den Werkstoff“, erklärt Guido Olschewski, Leiter Qualitätsmanagement und Entwicklung bei Steeltec, einem Unternehmen der SCHMOLZ + BICKENBACH Gruppe.
Um die flexibelste Stahllösung für eine Vielzahl von Bauteilen entwickeln zu können, konzipierte der Blankstahlexperte einen modularen Werkstoff: den HSX® 90. Eines der wichtigsten Merkmale zur Unterscheidung von anderen Stählen ist die gezielte Einstellung der mechanisch-technologischen Eigenschaften. Die Zugfestigkeit bewegt sich zwischen 700 und 1000 MPa, während die Bruchdehnung zwischen 10 und 20 % variieren kann.
Die maßgenaue Einstellung der Stahleigenschaften erfolgt in Entwicklungspartnerschaft mit dem Kunden. Grundlage sind die spezifischen Fertigungs- und Konstruktionsanforderungen, die Steeltec in Werkstoffmerkmale übersetzt. „Bis das Bauteil aus dem HSX 90 in Serie gehen kann, ist Entwicklungsarbeit gefragt. Schließlich handelt es sich nicht um einen Werkstoff von der Stange“, so Olschewski. „Doch die Mühe lohnt sich. Mit der stärksten Stahllösung kann der Kunde seine Prozesse wirtschaftlicher gestalten und die Bauteilqualität erhöhen.“
Unterscheidungsmerkmal: Modularität
Als Experte für hoch- und höherfeste Spezialstähle setzt der Blankstahlhersteller bei der kundenindividuellen Optimierung des Werkstoffs auf sein Prozess-Knowhow: Die hohe Varianz in den mechanisch-technologischen Eigenschaften erreicht das Unternehmen durch die Einstellung der Parameter beim Ziehen. Bereits im Lieferzustand bringt der Spezialstahl hohe Festigkeiten mit und ist dennoch gut zerspanbar. Gleichzeitig eignet er sich für das Kaltformen, zum Beispiel von Gewinden, und das Schweißen.
Letzteres macht ihn auch für komplexere Konstruktionen attraktiv. Erfolgreich wurde der HSX 90 beispielsweise schon für die Hülse im Airbag getestet, die das Treibmittel zum Aufblasen des Kissens in sich trägt. Bis zum Auslösen des Airbags steht sie permanent unter Hochdruck. Um das filigrane Bauteil zu fertigen, wird ein Loch in den Stabstahl gebohrt. Der HSX® 90 erlaubt, die Hülse innerhalb kürzester Zeit zu verschweißen, damit das eingebrachte Treibmittel nicht entweichen kann.
Um die Vorteile der Modularität für das Fertigungsverfahren zu nutzen, variiert Steeltec unter anderem die Dehnung. Eine Schneckenwelle, die in der Förder- und Antriebstechnik zum Einsatz kommt, wird häufig durch spanabhebende Verfahren hergestellt. Durch Reduzierung der Dehnung wird die Zerspanbarkeit verbessert. Bei Schneckenwellen, die per Kaltformung gefertigt werden, ist wiederum eine hohe Dehnung des Werkstoffs gefordert.
In Bezug auf die Belastungen des Bauteils hält Steeltec Haigh- und Wöhlerdiagramme bereit, um die ideale Dauerschwingfestigkeit bei Druck- und Zugbelastung sowie die Betriebsfestigkeit des Stahls im konkreten Anwendungsfall zu berechnen – auch relevant für hochbelastete Leichtbaukonstruktionen. Eine weitere Besonderheit: Der Entwicklungswerkstoff eignet sich auch für weichmagnetische Anwendungen, beispielsweise im Bereich Magnetventile oder für Bauteile in Elektromotoren: Der spezifische elektrische Widerstand ist bei entsprechender Optimierung des Stahls relativ hoch; das reduziert die Energieverluste bei Wechselstromanwendungen.
Von A wie Analyse bis Z wie Zugfestigkeit
Das Fundament für den HSX 90 bildet ein bainitischer Werkstoff der Swiss Steel AG, eines Schwesterunternehmens von Steeltec. „Störende Einschlüsse im Stahl könnten die Zuverlässigkeit des Materials mindern. Daher haben wir uns für einen Basiswerkstoff mit einem sehr reinen, bainitischen Gefüge entschieden“, so Olschewski. „Damit vermeiden wir Rissbildung in der Anwendung und erreichen eine ausgezeichnete Formbarkeit. Außerdem eignet sich der Werkstoff hervorragend für präzise Schweißarbeit, zum Beispiel per Laser.“
Innerhalb der letzten zwei Jahre hat Steeltec in vielfältigen Werkstoffprüfungen – wie Zugversuchen, Gefügeuntersuchungen, Härtemessungen und Kerbschlagbiegeversuchen – den Einfluss der unterschiedlichen Prozessparameter beim Ziehen auf die Stahleigenschaften untersucht. Das Institut für Werkstofftechnik in Bremen analysierte außerdem, wie sich Wärmenachbehandlungen auf die Stahleigenschaften auswirken und für die Optimierung des Stahls nutzen lassen.
Durch die umfassende Charakterisierung des HSX 90, auch in seinen dynamischen und magnetischen Eigenschaften, weiß der Blankstahlexperte, wo er beim Ziehprozess ansetzen muss, um den Stahl nach Maß herzustellen. Eine Stellschraube ist der sogenannte Abzug, der durch die Auswahl der Ziehmatrize eingestellt wird. Je größer die Reduktion des Stabdurchmessers beim Ziehen, desto höher ist der Verfestigungsgrad. Auch durch gezielten Einsatz der Temperatur wirkt der Blankstahlhersteller auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften ein. Durch gezielte Wärmebehandlungen kann der Werkstoff zum Beispiel in Bezug auf seine Verschleißfestigkeit verbessert werden.
Derzeit wird die normative Verankerung unter der Werkstoffnummer 1.5519 in die Wege geleitet, sie vereinfacht Anwendern die Genehmigung des HSX® 90 für die Produktion. Kunden können den Stabstahl in Abmessungen von 4,15 bis 36,0 mm bei Steeltec beziehen.
Fazit
Der modulare Werkstoff HSX 90 eignet sich mit seinem reinen, bainitischen Gefüge für hochbelastete und dünnwandige Bauteile. Durch die Entwicklungspartnerschaft mit der Steeltec AG erhalten Kunden eine hochindividualisierte Stahllösung für ihre bauteilspezifischen Fertigungs- und Anwendungsansprüche. Kompromisslösungen und unnötige Zugeständnisse gehören damit der Vergangenheit an. Bauteilhersteller profitieren von wirtschaftlicheren Prozessen und stärken langfristig ihre Wettbewerbsfähigkeit.
Mehr Informationen zur Steeltec AG:
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Steeltec AG |
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Emmenweidstrasse 72 |
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CH-6021 Emmenbrücke |
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Tel.: ++ 41 41 209 63 63 |
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Fax: ++41 41 209 52 94 |
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E-Mail: info@steeltec.ch |
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