Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualifizierung bainitscher Kaltarbeitsstähle für die Verwendung als Grundkörper für Kreis- und Bandsägeblätter

Bei den für die Ressourceneffizienz in der Holzverarbeitung bedeutenden Sägeanwendungen mit geringen Schnittbreiten kommt den Stammblatteigenschaften eine Schlüsselrolle zu, die mit den bisherigen Stählen nicht mehr verlässlich erreicht werden. In den letzten Jahren wurden ähnliche Probleme in anderen Anwendungen durch Bainitisierung von Stählen gelöst. Im beantragten Vorhaben soll diese Möglichkeit für Sägengrundkörper geprüft werden.

Ziel ist es dabei, die höhere Bruchdehnung des Bainits zur Erhöhung der Härte und Festigkeit von Grundkörpern zu nutzen, ohne Sicherheitsrisiken in Kauf zu nehmen. Dazu werden mit Material- und Werkzeugherstellern Werkstoffzielkennwerte ausgewählt, mit den Werkstoffherstellern die zugehörigen technologischen Fenster erarbeitet und mit den Werkzeugherstellern der Eignungsnachweis bis hin zu Testeinsätzen von Demonstratorwerkzeugen erbracht. Da Stahlgrundkörper durch die technologischen Schritte der Sägeblattherstellung thermisch (Schweißen, Hartlöten, Schleifen) und mechanisch (Richten, Spannen, Schleifen) stark verändert werden, ist zu erforschen und metallografisch nachzuweisen, welche Einflüsse das auf Sicherheits- und Gebrauchseigenschaften der Sägewerkzeuge hat.

Die Ergebnisse werden der Funktionsnachweis von Sägewerkzeugen mit bainitisierten Grundkörpern, die Dokumentation der dahin führenden technologischen und maschinenseitigen Parameter einschließlich der einzuhaltenden technologischen Grenzen und ein abgestimmtes Vormaterialprogramm zur Gewährleistung der Materialverfügbarkeit sein. Mit den verbesserten Federeigenschaften der Grundkörper soll es ermöglicht werden, die Schnittbreite von Sägewerkzeugen weiter zu verringern oder/und ihre Lebensdauer spürbar zu verbessern. Hiervon profitieren insbesondere die klein- und mittelständisch strukturierten Anwender der Sägewerkzeuge, aber auch die Hersteller, die deutlich verbesserte Produkte im internationalen Umfeld anbieten können und so ihre Wettbewerbsfähigkeit ausbauen können.

Ergebniszusammenfassung:

Es ist möglich, mit der Software JMatPro die Bainitisierung von Kaltarbeitsstahl realitätsnah zu simulieren und die Prozessparameter entsprechend den Zielvorgaben und den technologischen Randbedingungen entsprechend zu berechnen. Dünne Bleche aus Kaltarbeitsstahl können in Durchlaufanlagen bainitisiert werden. Die Vorschubgeschwindigkeiten erfordern eine Reihe von Kompromissen zwischen Materialzusammensetzung und -eigenschaften auf der einen und Kosten bzw. Wirtschaftlichkeit auf der anderen Seite. Als gangbarer Kompromiss hat sich ein Gefüge aus ca. 80 % Bainit und 20 % Martensit erwiesen, mit dem bei einer Härte von 52 HRC nach dem Anlassen eine Bruchdehnung A80 von 4 bis 5 % erzielt wurde. Damit liegt die Zugfestigkeit bainitisierter Kaltarbeitsstahlbleche bei vergleichbarer Bruchdehnung um ca. 30 % über der martensitisch vergüteter Bleche. Nach dem Bainitisieren muss mit einem Restaustenitgehalt gerechnet werden, sodass die Anlasstemperatur auf 300 bis 350 °C festgelegt werden sollte. Zum Erreichen der erforderlichen Ebenheit des Bandmaterials entsprechend der Kundenpflichtenhefte kann das Material durch Biegezugrichten korrigiert werden.

Die metallographische Präparation ultrafeinstkörniger bainitisierter Kaltarbeitsstähle sollte nach dem Schleifen durch elektrolytisches Polieren erfolgen, um Restaustenitanteile mit dem optischen Mikroskop erkennen zu können. Die klassische Nitalätzung mit alkoholischer Salpetersäure stellt sowohl die einfachste als auch die beste Lösung dar. Bleche aus bainitisiertem Kaltarbeitsstahl können ohne nennenswerte Probleme mit dem Laser zugeschnitten oder einem Verzahnungsstanzen unterzogen werden. Das Hartlöten von Hartmetallzähnen, das Ringschweißen von Bandsägen und das Stellitieren sind mit geringen Anpassungen der üblichen Technologien möglich und verursachen keine erkennbaren Risiken. Es können erfolgreich Holzbearbeitungswerkzeuge hergestellt und eingesetzt werden.