DE102010050499B3 - Verwendung eines verschleißfesten Stahlbauteils - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwendung eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils mit einer Härte zwischen 500 und 700 HB in Baumaschinen, Agrarmaschinen und Bergbaumaschinen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines verschleißfesten Stahlbauteils.
  • Im Stand der Technik sind verschiedene verschleißfeste Stähle am Markt verfügbar. Die verschleißfesten Stähle kommen in Maschinen überall dort zum Einsatz, wo mit hohem abrasiven Verschleiß zu rechnen ist. Dieser hohe abrasive Verschleiß findet seine Herkunft hauptsächlich in den Verschleißarten Stoßbelastung und Reibverschleiß. Durch harte Gegenstände, die mit den verschleißfesten Maschinenbauteilen in Kontakt geraten, werden an den Stählen kontinuierlich Oberflächensegmente abgetragen, so dass es zu einem derartigen Verschleiß kommt, dass diese Maschinenbauteile ausgewechselt werden müssen, sobald sie ein kritisches Verschleißniveau unterschritten haben.
  • Um diesem abrasiv bedingten Verschleiß entgegen zu wirken, gibt es aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeiten, die Maschinenbauteile nach deren Herstellung zu härten. Diese Härtungsmöglichkeiten bestehen z. B. in dem Aufbringen einer verschleißfesten Oberflächenschicht. Dies ermöglicht zunächst einen Einsatz des verschleißfesten Maschinenbauteils, mit nur geringer Abnutzung. Ist jedoch die Oberflächenschicht selbst durch abrasiven Verschleiß abgenutzt, so wird auch das darunterliegende Maschinenbauteil durch stärkeren Verschleiß in seiner Festigkeit beeinträchtigt.
  • Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit besteht in dem Einsatz eines verschleißfesten Stahles. Dieser verschleißfeste Stahl hat jedoch nur begrenzte Möglichkeiten, als komplexes Maschinenbauteil ausgebildet zu sein. Eine Umformung oder aber auch ein Nachbearbeiten beispielsweise durch ein spanabhebendes Fertigungsverfahren sind aufgrund der hohen Härte nur bedingt durchführbar. Auch ist ein nachträgliches Bearbeiten relativ kostenintensiv.
  • Beispielsweise ist aus der EP 1 563 104 B1 ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands, beispielsweise eines Blechs aus abriebfestem Stahl bekannt, wobei der Stahl eine Härte zwischen 450 und 650 HB aufweist. Ein Blech selbst ist jedoch ein ebenes zweidimensional ausgebildetes Bauteil und kein komplexgeformtes dreidimensionales Bauteil Etwaige Formgebungsgrenzen eines Stahlblechs aus abriebfestem Stahl sind nur sehr gering, weshalb sich die Verwendung von so bekannten Stahlblechen auf die Herstellung von Schweißbauteilen beschränkt.
  • Aus der DE 696 05 350 D2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils bekannt, das eine Härte zwischen 400 und 500 HB aufweist. Ein solches Bauteil erfüllt jedoch nur bedingt die Anforderungen an ein hochverschleißfestes Bauteil, beispielsweise im Einsatz von Förderschnecken, Erntemaschinen oder ähnlichen harten abrasiven Verschleißstellen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit aufzuzeigen, Maschinen bzw. Komponenten von Maschinen, die einem hohen abrasiven Verschleiß ausgesetzt sind, in ihrer Lebensdauer zu verlängern und kostengünstiger betreiben zu können.
  • Die zuvor genannte Aufgabe wird durch die Verwendung eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils mit einer Härte zwischen 500 und 700 Härte Brinell (HB), als Stahlbauteil in Baumaschinen, findet besonders bevorzugt Anwendung als Baggerschaufel, Betonmischerschaufel, Förderschneckenschaufel oder aber Transportschaufel für Förderanlagen. Ergänzende Verwendung bei Baumaschinen, die einem hohen abrasivem Verschleiß ausgesetzt sind, sind auch Bestandteil der erfindungsgemäßen Verwendung.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung sieht weiterhin den Einsatz eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils mit einer Härte zwischen 500 und 700 HB als Stahlbauteil in Agrarmaschinen vor. Besonders bevorzugt findet hier ein verschleißfestes Stahlbauteil die Verwendung an einem Pflug oder aber einer Schneidereinrichtung von Erntemaschinen.
  • In einer weiteren bevorzugten Verwendungsmöglichkeit eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils mit einer Härte zwischen 500 und 700 HB wird das Stahlbauteil in Bergbaumaschinen, vorzugsweise bei Förderelementen, Brechelementen oder Sortieranlagen eingesetzt.
  • Durch die erfindungsgemäße Verwendung von warmumgeformten und pressgehärteten Bauteilen ergibt sich insbesondere die Möglichkeit, ein hoch komplexes verschleißfestes Stahlbauteil herzustellen und in einem Bereich zu verwenden, in dem bisher nur die zu Anfangs aus dem Stand der Technik bekannten aufgezählten Möglichkeiten zum Einsatz kamen. Insbesondere ergibt sich der Vorteil, dass die verschleißfesten Stahlbauteile als warmumgeformte und pressgehärtete Stahlbauteile mit nur wenigen Verfahrensschritten hergestellt werden können.
  • Im Falle einer Baggerschaufel besteht somit die erfindungsgemäße Baggerschaufel in ihrer Gesamtheit aus verschleißfestem Stahl, ohne dass Schwachstellen durch Fügenähte oder ähnliches erzeugt sind bzw. sind Schwachstellen durch die Nachbehandlung derart ausgeglichen, dass erfindungsgemäß verwendete Baggerschaufeln eine hohe Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen abrasiven Verschleiß aufweisen. Gleiches gilt für Betonmischer, Förderschneckenschaufeln bzw. sonstige Schaufeln in Förderanlagen oder ähnlichen Baumaschinen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung ist, dass die Herstellungskosten und auch die Betriebskosten der warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteile immens sinken, da Austauschintervalle vergrößert werden bzw. die Langlebigkeit erhöht wird.
  • Das erfindungsgemäß verwendete Stahlbauteil wird mit Biegewinkeln von mehr als 5 Grad hergestellt. Hierdurch ist es insbesondere möglich, komplexe Geometrien von verschleißfesten Stahlbauteilen einzusetzen. Aus dem Stand der Technik sind bis dato nur verschleißfeste Stahlbauteile mit stumpfen Biegewinkeln, also Biegewinkeln von deutlich unter 5 Grad herstellbar, da die Stahlbauteile aufgrund ihrer hohen verschleißfest bedingten Härte nur in geringem Maße umformbar sind. Durch erfindungsgemäß verwendete Stahlbauteile besteht die Möglichkeit, hochkomplexe Geometrien derart einzusetzen, dass Biegewinkel von mehr als 5 Grad, insbesondere von mehr als 10 oder aber auch 15 Grad vorhanden sind. Beispielsweise besteht somit die Möglichkeit, Geometrien in Form einer Baggerschaufel oder ähnlichem mit nur einem Verfahrensschritt in einen Endzustand umzuformen und im Anschluss daran die hergestellten Bauteile erfindungsgemäß zu verwenden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Verwendung ist es möglich, Bauteile mit komplexen Bauteilgeometrien einzusetzen. Aufgrund des Warmumform- und Presshärteprozesses ist es insbesondere möglich, mit hoher Produktionsgenauigkeit bei gleichzeitig günstigen Fertigungskosten verschleißfeste Stahlbauteile herzustellen, die aufgrund des Warmumform- und Presshärteprozesses in ihrer Gesamtheit ein verschleißfestes Werkstoffgefüge aufweisen. Insbesondere werden Stahlplatinen mit einer Dicke zwischen 1 und 30 mm derart bearbeitet, dass verschleißfeste Stahlbauteile hergestellt und verwendet werden. Einem Materialabtrag durch abrasiven Verschleiß kann aufgrund des gesamten verschleißfesten Werkstoffgefüges des hergestellten Stahlbauteils gut entgegen gewirkt werden, da nicht nur eine verschleißfeste Oberfläche besteht, sondern das Stahlbauteil in seiner Gesamtheit verschleißfest ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass warmumgeformte und pressgehärtete Stahlbauteile besonders lange im Einsatz verbleiben können, was wiederum eine Kostensenkung des Betriebes von Maschinen mit erfindungsgemäßen verwendeten Stahlbauteilen darstellt.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Stahlbauteile zumindest partiell nachbehandelt sind, beispielsweise durch ein partielles Wärmebehandeln. Durch das Wärmebehandeln wird die Möglichkeit gegeben, das erfindungsgemäß verwendete verschleißfeste Stahlbauteil in weiteren Schritten nachzubearbeiten, ohne dass wesentliche Einschränkungen der verschleißfesten Härte erfolgen. Die Wärmebehandlung kann in mehreren Stufen oder Schritten durchgeführt werden. Eine besonders bevorzugte Wärmebehandlung erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Stahlbauteil auf eine Aufwärmtemperatur in einem Bereich zwischen 500 und 900 Grad aufgewärmt wird, die Aufwärmtemperatur für eine Haltezeit gehalten wird und anschließend von der Aufwärmtemperatur in mindestens einer Phase abgekühlt wird.
  • Als Vorteil der erfindungsgemäßen Nachbehandlung ergibt sich, dass gezielt in den gewünschten Bereichen Werkstoffeigenschaften prozesssicher herstellbar sind, die für eine erfindungsgemäße Verwendung des verschleißfesten Stahlbauteils benötigt werden. Die Starttemperatur der Aufwärmung ist immer kleiner als die Martensit Starttemperatur, vorzugsweise liegt die Starttemperatur unterhalb von 200 Grad Celsius.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäß verwendeten Stahlbauteile wird zu deren Herstellung eine Stahllegierung verwendet, die folgende Legierungselemente jeweils in Gewichtsprozent aufweist:
    0,2 bis 0,4% Kohlenstoff (C)
    0,3 bis 0,8% Silizium (Si)
    1,0 bis 2,5% Mangan (Mn)
    max. 0,02% Phosphor (P)
    max. 0,02% Schwefel (S)
    max. 0,05 & Aluminium (Al)
    max. 2% Kupfer (Cu)
    0,1 bis 0,5% Chrom (Cr)
    max. 2% Nickel (Ni)
    0,1 bis 1% Molybdän (Mo)
    0,001 bis 0,01% Bor (B)
    0,01 bis 1% Wolfram (W)
    max. 0,05% Stickstoff (N)
    oder
    0,35 bis 0,55% Kohlenstoff (C)
    0,1 bis 2,5% Silizium (Si)
    0,3 bis 2,5% Mangan (Mn)
    max. 0,05% Phosphor (P)
    max. 0,01% Schwefel (S)
    max. 0,08% Aluminium (Al)
    max. 0,5% Kupfer (Cu)
    0,1 bis 2,0% Chrom (Cr)
    max. 3,0% Nickel (Ni)
    max. 1,0% Molybdän (Mo)
    max. 2,0% Kobalt (Co)
    0,001 bis 0,005% Bor (B)
    0,01 bis 0,08% Mob (Nb)
    max. 0,4% Vanadium (V)
    max. 0,02% Stickstoff (N)
    max. 0,2% Titan (Ti)
    oder
    0,40 bis 0,44% Kohlenstoff (C)
    0,1 bis 0,5% Silizium (Si)
    0,5 bis 1,2% Mangan (Mn)
    max. 0,02% Phosphor (P)
    max. 0,005% Schwefel (S)
    max. 0,05% Aluminium (Al)
    max. 0,2% Kupfer (Cu)
    0,3 bis 0,8% Chrom (Cr)
    1,0 bis 2,5% Nickel (Ni)
    0,2 bis 0,6% Molybdän (Mo)
    0,5 bis 2,0% Kobalt (Co)
    0,0015 bis 0,005% Bor (B)
    0,02 bis 0,05% Niob (Nb)
    max. 0,4% Vanadium (V)
    max. 0,015% Stickstoff (N)
    0,01 bis 0,05% Titan (Ti)
    oder
    0,42 bis 0,45% Kohlenstoff (C)
    0,30 bis 0,40% Silizium (Si)
    0,80 bis 0,90% Mangan (Mn)
    max. 0,012% Phosphor (P)
    max. 0,001% Schwefel (S)
    0,020 bis 0,050% Aluminium (Al)
    max. 0,10% Kupfer (Cu)
    0,50 bis 0,60% Chrom (Cr)
    2,00 bis 2,20% Nickel (Ni)
    0,45 bis 0,59% Molybdän (Mo)
    0,90 bis 1,10% Kobalt (Co)
    0,002 bis 0,004% Bor (B)
    max. 0,008% Stickstoff (N)
    0,015 bis 0,025% Titan (Ti)
    max. 0,030% Zinn (Sn).
  • Durch die erfindungsgemäß verwendeten Legierungsbestandteile eignet sich die Stahllegierung besonders durch ihre Formbarkeit im weichen Zustand und das Abkühlverhalten für ein gegebenenfalls kaltes Vorformen sowie mit dem Warmformvorgang, verbunden mit einer Härtung im Werkzeug, und erreicht zugleich die für eine verschleißfeste Werkstoffgefügezusammensetzung erwünschten Härten.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verwendung weist das verschleißfeste Stahlbauteil eine Härte von mehr als 550 HB auf. Hierbei ist es erfindungsgemäß wesentlich, dass das ungehärtete Stahlblech mit dem Warmumformverfahren umgeformt und anschließend pressgehärtet wird. Aus dem Stand der Technik sind bis dato nur verschleißfeste Stahlbauteile bekannt, die eine Härte bis zu 450 HB aufweisen, wobei diese im Wesentlichen als Stahlplatine bzw. ebene Stahlbauteile ausgebildet sind. Hier wird insbesondere durch die erfindungsgemäße Verwendung die Möglichkeit gegeben, komplexe Stahlbauteilgeometrien und höheren Härtegraden zum Einsatz zu bringen.

Claims (4)

  1. Verwendung eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils mit einer Härte zwischen 500 und 700 HB als Stahlbauteil in Baumaschinen, vorzugsweise als Baggerschaufel, Betonmischerschaufel, Förderschneckenschaufel, Transportschaufel für Förderanlagen oder als Stahlbauteil in Agrarmaschinen, vorzugsweise an einem Pflug oder an Schneideinrichtungen von Erntemaschinen oder als Stahlbauteil in Bergbaumaschinen, vorzugsweise bei Förderer-Komponenten, Brecher-Komponenten oder Sortieranlagen, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlbauteil Biegewinkel von mehr als 5 Grad aufweist.
  2. Verwendung eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils nach Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlbauteil zumindest partiell wärmebehandelt ist.
  3. Verwendung einer warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlbauteil aus einer Legierung mit folgenden Bestandteilen ausgedrückt in Gewichtsprozent: 0,2 bis 0,4% Kohlenstoff (C) 0,3 bis 0,8% Silizium (Si) 1,0 bis 2,5% Mangan (Mn) max. 0,02% Phosphor (P) max. 0,02% Schwefel (S) max. 0,05% Aluminium (Al) max. 2% Kupfer (Cu) 0,1 bis 0,5% Chrom (Cr) max. 2% Nickel (Ni) 0,1 bis 1% Molybdän (Mo) 0,001 bis 0,01% Bor (B) 0,01 bis 1% Wolfram (W) max. 0,05% Stickstoff (N)
    oder 0,35 bis 0,55% Kohlenstoff (C) 0,1 bis 2,5% Silizium (Si) 0,3 bis 2,5% Mangan (Mn) max. 0,05% Phosphor (P) max. 0,01% Schwefel (S) max. 0,08% Aluminium (Al) max. 0,5% Kupfer (Cu) 0,1 bis 2,0% Chrom (Cr) max. 3,0% Nickel (Ni) max. 1,0% Molybdän (Mo) max. 2,0% Kobalt (Co) 0,001 bis 0,005% Bor (B) 0,01 bis 0,08% Niob (Nb) max. 0,4% Vanadium (V) max. 0,02% Stickstoff (N) max. 0,2% Titan (Ti)
    oder 0,40 bis 0,44% Kohlenstoff (C) 0,1 bis 0,5% Silizium (Si) 0,5 bis 1,2% Mangan (Mn) max. 0,02% Phosphor (P) max. 0,005% Schwefel (S) max. 0,05% Aluminium (Al) max. 0,2% Kupfer (Cu) 0,3 bis 0,8% Chrom (Cr) 1,0 bis 2,5% Nickel (Ni) 0,2 bis 0,6% Molybdän (Mo) 0,5 bis 2,0% Kobalt (Co) 0,0015 bis 0,005% Bor (B) 0,02 bis 0,05% Niob (Nb) max. 0,4% Vanadium (V) max. 0,015% Stickstoff (N) 0,01 bis 0,05% Titan (Ti)
    oder 0,42 bis 0,45% Kohlenstoff (C) 0,30 bis 0,40% Silizium (Si) 0,80 bis 0,90% Mangan (Mn) max. 0,012% Phosphor (P) max. 0,001% Schwefel (S) 0,020 bis 0,050% Aluminium (Al) max. 0,10% Kupfer (Cu) 0,50 bis 0,60% Chrom (Cr) 2,00 bis 2,20% Nickel (Ni) 0,45 bis 0,59% Molybdän (Mo) 0,90 bis 1,10% Kobalt (Co) 0,002 bis 0,004% Bor (B) max. 0,008% Stickstoff (N) 0,015 bis 0,025% Titan (Ti) max. 0,030% Zinn (Sn)
    besteht.
  4. Verwendung eines warmumgeformten und pressgehärteten, verschleißfesten Stahlbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlbauteil eine Härte von mehr als 550 HB aufweist.
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