Anwendungsbereiche. Hubraum. Motorgröße Quelle: Fotolia

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1 Quelle: HORN 1

2 Anwendungsbereiche Hubraum Motorgröße Quelle: Fotolia 2

3 Einsatz, Anwendung und Bearbeitung von hochwarmfesten Legierungen und Nickel-Basis-Legierungen Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH Andreas Härle & Stefan Minder

4 Überblick Definition der Legierungen Abgrenzung der Legierungen Einsatz dieser Werkstoffe in den Bereichen Automotiv Luft und Raumfahrt Energieerzeugung Medizintechnik Anwendungsbeispiele Zusammenfassung Quelle: Fotolia 4

5 Eigenschaften Hohe Kriechfestigkeit Ermüdungsfestigkeit bis nahe an den Schmelzpunkt Härtung durch intermetallische Phasen Hohe Korrosionsfestigkeit Gut löt- und schweißbar Titan Nickelgehalt < 40% Nickelgehalt > 40% 5

6 Hochwarmfeste Legierungen Titan Klassiker Ti6Al4V Eigenschaften Hohe spezifische Festigkeit Ermüdungsfestigkeit Zähigkeit Preis Quelle: HORN 6

7 Nickel-Basis-Legierungen Nickelgehalt < 40 % Quelle: Fotolia 7

8 Nickel-Basis-Legierungen Nickelgehalt < 40 % Nickelgehalt > 40 % Nimonic 90 8

9 Nickel-Basis-Legierungen Nickelgehalt < 40 % Nickelgehalt > 40 % Nimonic 90 Inconel 718 Quelle: Fotolia 9

10 Nickel-Basis-Legierungen Nickelgehalt < 40 % Nickelgehalt > 40 % Nimonic 90 Inconel 718 René 80 10

11 Werkstoffeigenschaften von Nickel-Basis-Legierungen Nickel: Erhöht die Zugfestigkeit und Steckgrenze Ferritstabilisierend Chrom:Abkühlungsgeschwindigkeit Steigert die Verschleißfestigkeit Steigert die Warmfestigkeit Erhöht die Zugfestigkeit Reduziert die Standfestigkeit der Schneidplatte 11

12 Einsatzmöglichkeiten Quelle: Fotolia 12

13 Anwendungs- & Bearbeitungsbeispiele 13

14 Schneidstoff Hartmetall Werkstoffabhängige Werkzeugstandzeiten Aluminium Automatenstahl Grauguss GGV (vermikular Guß) GG60 (Sphäroguß) 42CrMo4 Austenitischer rostf. Stahl Superlegierungen mehrere Tage 8 Stunden 1,5 2 Stunden 1,25 Stunden 1 Stunde 45min 20min 5 10 min 14

15 Schneidstoff Hartmetall-Werkzeuge Drehen v c bis 60 m/min Fräsen v c bis 35 m/min (Schockbeanspruchung thermisch/mechanisch) Spannungen an der Schneiden doppelt so hoch wie bei Stahl Ausbrüche Große Schneidkantenverrundungen führen zu hohen Zerspanungskräften und damit zu hoher thermischer Belastung Beschichtungen: TiAlN > TiCN > TiN Entwicklungspotential vorhanden 15

16 Schneidstoff Schneidkeramik Schneidkeramik (mit SiC Whiskerverstärkung) Drehen Vc = 200 m/min bis 750 m/min (Kerbverschleiß maßgeblich) f = 0,125 mm bis 0,375 mm ap bis 2,5mm Beim Drehen ist der Einsatz von Schneidkeramik bereits erprobt und wird industriell eingesetzt. Hoher Kerbverschleiß Standzeit derzeit unter 1 Minute hohes Zeitspanvolumen (15 bis 40 fach höher als HM Werkzeuge) Abstimmung der Parameter Schnittgeschwindigkeit, Zahnvorschub und Schnittiefe kritisch Fräsen Vc bis 700 m/min (Schockbeanspruchung thermisch/mechanisch) Derzeit noch nicht im industriellen Einsatz Versuche laufen 16

17 Schneidstoff CBN Drehen Vc = 200 m/min bis 350 m/min f = 0,1 mm bis 0,3 mm ap bis 2,5mm Einsatz derzeit ausschließlich zum Drehen, weil Bruchzähigkeit zu gering für Fräsanwendungen Zukunft Werkzeugbeschichtungen aus kubischem Bornitrid komplexe Formen keine negativen Schutzfasen, scharfe Schneide Oxidationsbeständigkeit hohe Härte hohe Verschleißfestigkeit 17

18 Anwendungsbeispiel Turbolader Automotiv: Turbolader Quelle: Fotolia Quelle: HORN 18

19 Anwendungsbeispiel Knochenschraube Medizintechnik: Titanschraube Quelle: HORN 19

20 Anwendungsbeispiel Knochenschraube Medizintechnik: Titanschraube Vorschneider Quelle: HORN Fertigschneider Schrupp/Schlichtschneider 20

21 Anwendungsbeispiel Knochenschraube Werkstoff: Ti6Al4V Abstechen Knochenschraube Maschine: Traub TNL 18 Stechtiefe: Abstichbreite: Vc: 6,5 mm 2,0 mm 75 m/min f: 0,045 mm/u Quelle: HORN 21

22 Anwendungsbeispiel Knochenschraube Grundhalter Traub TNL 18 Abstechplatte Typ 224 Stechkassette Typ 842 mit IK Quelle: HORN 22

23 Anwendungsbeispiel Gasturbine Energieerzeugung Quelle: Fotolia 23

24 Anwendungsbeispiel Gasturbine Vor-/Fertigfräsen der Dichtblechnut Luft 1500 C Metall. Haftschicht Keramikschicht Luftkühlung Material Temp max 950 René 80: Ni = 60.0%, Cr = 14.0%, Co = 9.5%, Ti = 5.0%, Mo = 4.0%, W = 4.0%, Al = 3.0%, C = 0.17%, B = 0.015% und Zr = 0.03% Quelle: HORN 24

25 Anwendungsbeispiel Gasturbine Vor-/Fertigfräsen der Dichtblechnut Heller U300 Vc < 25 m/min Fz < 0,08 mm/z Ae = 2*0,24 mm Schlichten im Gleichlauf Nanocomposite beschichtet Quelle: HORN 25

26 Anwendungsbeispiel Automotive-Kleinteile Werkstoff: Nimonic 90 Abstechen Automotivebereich Maschine: Stechtiefe: Abstichbreite: Vc: Miyano 6,1 mm 2,0 mm 45 m/min f: 0,035 mm/u Quelle: HORN 26

27 Anwendungsbeispiel Automotive-Kleinteile Geometrische Auslegung Mikrogeometrie Sorte Stabilität Gesamtsystem Quelle: HORN 27

28 Zusammenfassung Wichtigkeit und Zukunft in vielen Branchen Anforderungen (Maschinen, Werkzeuge, Schmierstoffe und Mitarbeiter) Weiterentwicklungen durch Projekte 28

29 TECHNOLOGIEVORSPRUNG IST HORN 29