Grundlagen der Metallverarbeitung und Fertigungstechnik

Anlassen (Tempern)

Das Anlassen umfasst drei Phasen:

• Erwärmen: Auf eine Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur (Ac).
• Haltezeit: Ca. 1 Stunde im Takt.
• Abkühlung: Erfolgt an der Luft.

Diese Behandlung dient zwei Funktionen: Entfernen von Spannungen und Erhöhung der Zähigkeit. Dies führt zu einer Veränderung der mechanischen Eigenschaften: Die Bruchdehnung, Einschnürung und Dichte steigen, während Zugfestigkeit, Streckgrenze und Härte sinken.

Sintern

Beim Sintern werden gepresste Metallteile erwärmt, um eine vollständige Verschweißung zu erreichen. Die Temperatur muss hoch genug sein, um die Mobilität der Atome an der Oberfläche der Partikel zu erhöhen, bis eine Rekristallisation zu einer Gesamtmasse erfolgt, ohne den Schmelzpunkt zu erreichen. Die Dauer hängt von der Sintertemperatur ab (meist 2/3 bis 3/4 der absoluten Schmelztemperatur). Um Oxidation zu vermeiden, wird oft in einer kontrollierten Schutzgasatmosphäre gearbeitet. Der Prozess gliedert sich in drei Zonen: 1. Erwärmung, 2. Sintern, 3. Kühlung.

TTT-Diagramme

Das Diagramm der isothermen Umwandlung von Austenit liefert Informationen über:

• Zeitpunkt des Beginns der Umwandlung bei einer bestimmten Temperatur.
• Zeitpunkt des Abschlusses der Umwandlung.
• Art des Gefüges nach der Wärmebehandlung.

Automatenstahl

Automatenstähle werden dort eingesetzt, wo die Zerspanbarkeit entscheidend ist. Sie zeichnen sich durch eine gute Spanbrechung aus, die primär durch einen hohen Gehalt an Schwefel und anderen Zusätzen (wie Blei oder Phosphor) erreicht wird. Diese Elemente bilden Einschlüsse, die als Spanbrecher wirken und eine Selbstschmierung des Werkzeugs ermöglichen.

Baustahl

Baustähle enthalten keine gezielten Legierungselemente, bestehen jedoch aus Eisen, Mangan, Silizium und Begleitelementen. Sie setzen sich hauptsächlich aus Ferrit und Perlit zusammen. Ein höherer Kohlenstoffgehalt senkt die Duktilität und Zähigkeit. Mangan erhöht die Härte, Silizium die Elastizitätsgrenze und Phosphor die Kalthärte.

Fräsen

• Umfangsfräsen: Die Achse des Fräsers verläuft parallel zur Werkstückoberfläche. Die Bearbeitung erfolgt durch die Schneidkanten am Umfang. Man unterscheidet zwischen Gleichlauf- und Gegenlauffräsen.
• Stirnfräsen: Die Achse steht senkrecht zur Oberfläche. Die Bearbeitung erfolgt durch die stirnseitigen Schneidkanten.

Umfangsfräsen wird primär zum Schruppen verwendet, während Stirnfräsen für Detailarbeiten geeignet ist.

Walzwerke

Beim Walzen wird Material durch Druck reduziert. Man unterscheidet zwischen Reversierwalzwerken (Walzrichtung wechselbar) und Tandemwalzwerken (mehrere Walzgerüste hintereinander für schrittweise Dickenreduktion).

Mechanische Formverfahren

In der Großserie werden manuelle Methoden durch mechanische Formmaschinen ersetzt (z. B. Pressen, Rütteln oder Projektionsverfahren).

Vergleich: Formen vs. Gießen

Formen: Höhere Genauigkeit und bessere Oberflächenqualität. Gießen: Höhere Abkühlgeschwindigkeiten können zu inneren Spannungen führen.

Schneidverfahren: Autogen, Plasma und Wasserstrahl

• Autogen: Schneidet alle Metalle, geringe Verformung, jedoch langsam.
• Plasma: Höhere Schnittgeschwindigkeit, aber breitere Schnittfuge.
• Wasserstrahl: Keine thermische Beeinflussung, aber begrenzte Dicke und Schnittqualität.

Stiche und Prägen

Beim Prägen wird eine gehärtete Form in einen Stahlblock gedrückt, um Kavitäten für Spritzguss- oder Druckgussformen zu erzeugen.

Laserschweißen vs. Konventionell

Vorteile Laser: Hohe Genauigkeit, geringe Verformung, hohe Festigkeit, keine Porosität. Nachteile: Hohe Kosten, Gefahr für die Augen.

Funkenerosion (EDM)

Metallabtrag durch diskontinuierliche elektrische Entladungen in einem Dielektrikum. Eine Elektrode nähert sich dem Werkstück, bis ein Funke das Metall lokal schmilzt oder verdampft.