Strangguss für den Maschinenbau 1

Gontermann-Peipers ist es mit der Entwicklung von GOPAG C 500 F gelungen, einen sehr hochwertigen Werkstoff aus Strangguss auf den Markt zu bringen. Diese Werkstoffsorte führt bei der spangebenden Bearbeitung von Hydraulik-Steuerblöcken zu hohen Kosteneinsparungen.
Autor: Ralf Gorski, Gontermann-Peipers

In der Automobilindustrie wurden durch den Kostendruck schon lange Lösungen implementiert, die den Weg in modifizierte Werkstoffe eingeschlagen haben. So wurde vor etwa 20 Jahren in Schweden mit einem höheren Silizium­gehalt bei Gusseisen mit Kugelgraphit gearbeitet und 1998 gab es die Schwedische Norm SS 140725, in der die Werkstoffe 450-15 und 500-10 aufgeführt wurden.

Der hochsilizierte Werkstoff 500-10 fand auch Einzug in die internationale Norm ISO 1083 unter der Bezeichnung ISO1083/JS/500-10. Bei den deutschen Herstellern im Automobilbau wurden Bauteile auf den neuen Werkstoff umgestellt. Die Wege der einzelnen Hersteller waren dabei unterschiedlich und einige ließen sich neue Werkstoffe auch patentieren. Die Basis des Werkstoffs mit höherem Siliziumgehalt ist im neuen Entwurf prEN 1563:2010 für Gusseisen mit Kugelgraphit auch als genormter Werkstoff GJS 500-14 aufgenommen worden. Festigkeit und Bruchdehnung werden ohne teure Legierungselemente verbessert.

Beim Stranggießen von Gusseisen mit Kugelgraphit liegen andere Bedingungen bei der KanalsystemErstarrung und der weiteren Abkühlung vor, als beim Sandgussverfahren. Strangguss aus Gusseisen wird nach dem horizontalen Stranggießverfahren hergestellt. Gontermann-Peipers (GP) stellte in Zusammenhang mit der Weiterentwicklung von Strangguss aus Gusseisen mit Kugelgraphit mit Mischkristallverfestigung die Werkstoffsorte GOPAG C 500 F mit ferritischer Matrix im Gusszustand vor. Diese Werkstoffsorte entspricht den Vorgaben in Europäischen Normen für Gusseisen mit Kugelgraphit, welche als GJS-500-14C bezeichnet wird. Für die chemische Zusammensetzung dieser Werkstoffsorte werden folgende unverbindliche Richtwerte angegeben: 2,80 bis 3,80 Prozent C, 3,30 bis 3,90 Prozent Si, 0,025 bis 0,075 Prozent Mg, maximal 0,1 Prozent Cu. maximal 0,30 Prozent Mn und maximal 0,05 Prozent P.

Ein wesentlicher Anteil von Strangguss aus Gusseisen mit Kugelgraphit wird für Hydraulik-Steuerblöcke verwendet. Die Firma Power-Hydraulik hat mit dem genannten Werkstoff bereits Erfahrungen gemacht. Bei einer äußerlichen Betrachtung solcher Hydraulik-Steuerblöcke sind nur eine Reihe von Bohrungen zu erkennen. Im Inneren enthalten sie aber ein umfangreiches miteinander verflochtenes Kanalsystem. Dieses Kanalsystem wird durch Bohren hergestellt. Etwa ein Drittel des Ausgangsgewichts der Hydraulik-Steuerblöcke wird dabei herausgebohrt.

Umfangreiche Ausbohrarbeiten
Als weitere Bearbeitungstechnologien werden Rund­schleifen oder Zirkularfräsen, Reiben, Honen und Gewindeschneiden eingesetzt. Notwendig ist für diese umfangreichen Ausbohrarbeiten eine sehr gute Zerspanbarkeit des Werkstoffs. Diese wurde zusammen mit Weidemann Hydaulik an verschiedenen Werkstoffen intensiv getestet. Die Werkstoffsorte GJS-500-14C (GOPAG C 500 F) zeichnet sich laut Angaben des Herstellers durch eine sehr gute Zerspanbarkeit aus . Das bezieht sich auf alle wichtigen Zerspanungs­parameter, Spindeldrehzahlen, Vorschübe, Schnittkräfte und das günstige Spanbruchverhalten. Bearbeitungszeiten, Werk­zeugstandzeiten und Maschineninstandhaltung und auch die Oberflächenrauhigkeit der durch Spanen (Bohren) und weitere Feinbearbeitungen erreichbaren Oberflächengüten konnten deutlich verbessert werden.

Bei der spangebenden Bearbeitung der Hydraulikblöcke aus GOPAG C 500 F im Vergleich zu solchen aus Schmiedestahl /10//14/ werden folgende Vorteile hervorgehoben: Schmiedestahl wird in der Regel roh mit einer schlecht bearbeitbaren Schmiedehaut angeboten. Die Rohlinge von GP werden dagegen auf Wunsch vorbearbeitet geliefert und für das Erreichen des Endmaßes muss nur noch ein Schlichtspan abgenommen werden. Erreicht wird dabei eine Oberflächenrauhigkeit von Rz = 0,4 Mikrometer. Im Vergleich zum Schmiedestahl ist die Gratbildung an den Kanten der ineinanderlaufenden Bohrungen im Inneren des Hydraulikblocks bei solchen aus GOPAG C 500 F deutlich geringer, wodurch aufwendige Handarbeit für die Gratentfernung minimiert wurde.

Potenziale des Werkstoffs
An der Hochschule Aachen wurden Bruchmechnikkenn­werte KJi von 98 bis 101 MPa m 0,5 ermittelt. Der bisher eingesetzte legierte Schmiedestahl lag bei 84 bis 93 MPa m 0,5. Die Bruchmechanik ist bei der Auslegung von hochbeanspruchten Bauteilen ein heute gängiges Verfahren zu deren Berechnung. Und auch bei einem Berstversuch konnte der hochsilizierte Werkstoff gegenüber Stahl 11SMnPbB30+C einen deutlich besseren Wert aufweisen. Dazu wurden bei hydraulischen Steuerblöcken aus beiden Materialien Blindstopfen aufgeschraubt und ein Anschluss M 16 wurde mit einem Prüfanschluss (ETG88) versehen. Beim GOPAG C 500 F wurde nach 9036 ms ein Druck von 4971 bar erreicht, bevor das Bauteil versagte. Bei dem legierten Stahl wurde nach 9164 ms ein Bauteilversagen bei 4261 bar nachgewiesen. Diese Vergleiche zeigen deutlich die Potenziale und Möglichkeiten des Werkstoffes. Der vollständige Beitrag ist unter www.gontermann-peipers.de/aktuelles zu finden.

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