Stranggepresste Superlegierungsprofile für den Spitzenmotorsport
Ein Kunde aus der Spitze des Motorsports entwickelte eine titanbasierte Superlegierung der neuen Generation und suchte eine passende Umformlösung. Die Anforderung ging über die Masse hinaus, denn das Verfahren selbst sollte die Werkstoffeigenschaften verbessern, statt dem Material nur eine Form zu geben. Herkömmliche Umformverfahren konnten die Legierung nicht verarbeiten, und gefordert war ein einfacher runder Querschnitt – eine Geometrie, die man selten mit dem Strangpressen verbindet. Montanstahl entwickelte einen mehrstufigen Strangpressprozess mit eng definierten Parametern, der die geforderten Masse erreichte und zugleich das Mikrogefüge des fertigen Stabes gezielt einstellte.
Luft- und Raumfahrttechnik erobert die Rennstrecke
Aussergewöhnliche Betriebsbedingungen verlangen aussergewöhnliche Werkstoffe, und die Umgebung in einem Rennmotor liegt nahe an der Grenze dessen, was eine Legierung aushält. Die Motordrehzahlen erreichen 18 000 U/min, die Verbrennungstemperaturen übersteigen 1 000 Grad Celsius, und die im System zirkulierenden Gase sind chemisch aggressiv. Die Bauteile müssen diese Kombination überstehen und dabei so leicht wie möglich sein, weshalb Technologien aus der Luft- und Raumfahrt zunehmend in hochleistungsfähige Automobil- und Motorsportanwendungen Einzug halten. Der Kunde entwickelte daraufhin eine eigene Superlegierung der neuen Generation und suchte anschliessend einen Partner, der sie umformen kann. Ungewöhnlich an der Aufgabe war die Erwartung an den Prozess. Den Stab zu formen war notwendig, aber nicht ausreichend, denn der Umformvorgang sollte auch die bereits aussergewöhnlichen Eigenschaften des Werkstoffs verbessern – der Prozess wurde als Teil der Metallurgie verstanden und nicht als nachgelagerter Schritt.
Ein enges Prozessfenster und eine unerwartete Geometrie
Herkömmliche Umformverfahren liessen sich auf diese Superlegierung überhaupt nicht anwenden, denn genau die Eigenschaften, die sie im Einsatz wertvoll machen, sind es auch, die sie der Verformung widerstehen lassen. Die verfügbaren Prozessfenster waren äusserst eng und erforderten eine präzise Steuerung, da Temperatur und Druck in einem Bereich bleiben mussten, in dem sich der Werkstoff verformt, ohne zu reissen oder sein Gefüge zu verlieren. Jede Abweichung beim Umformen hätte zum Versagen geführt, was den Spielraum beseitigt, mit dem man üblicherweise Schwankungen zwischen Blöcken oder Produktionsläufen auffängt. Die Geometrie brachte eine weitere Besonderheit. Strangpressen wird meist für komplexe Profile mit Hinterschneidungen und aufwendigen Querschnitten gewählt, wie in unserem Leitfaden zum Strangpressen von Stahl und Edelstahl beschrieben, hier jedoch war ein einfacher Rundquerschnitt gefordert. Ausschlaggebend für die Wahl war nicht die Form, sondern das, was mit dem Werkstoff während der Umformung geschieht.
Anwendungskontext
Die Lösung war ein mehrstufiger Strangpressprozess mit präzise definierten Parametern, so ausgelegt, dass jeder Durchgang den Werkstoff innerhalb seines engen Umformfensters hält. Das Ergebnis erfüllte die vom Kunden vorgegebenen Masse und ging darüber hinaus, denn die Umformfolge wurde darauf ausgelegt, das Korngefüge der Legierung zu verfeinern, sodass der fertige Stab mit mechanischen Eigenschaften die Linie verlässt, die über jenen des Ausgangsmaterials liegen. Technologie aus der Luft- und Raumfahrt gelangt so über ein Bauteil, das von aussen unscheinbar wirkt, auf die Rennstrecken der Welt – eine nützliche Erinnerung daran, dass Fortschritt oft unter der sichtbaren Oberfläche eines Teils liegt. Strangpressen ist in der gesamten Montanstahl-Gruppe in Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Nickelbasislegierungen, Titan und Superlegierungen verfügbar, mit Kapazitäten in der Schweiz, in Deutschland und bei Siderval in Italien und ohne Mindestmengen, sodass sich auch ein einzelner Prototypstab fertigen lässt. Fragen zu Legierungen, Massgrenzen und Toleranzen beantworten die technischen Q&A.