Umgang mit unebenen Oberflächen an Spezialstahlteilen nach der Bearbeitung

Was gilt als unebene Oberfläche bei Teilen aus Spezialstahl?

Eine unebene Oberfläche auf einem Spezialstahlteil ist jede Abweichung von der spezifizierten Ebenheit, Geradheit oder Oberflächenstruktur: lokale Erhebungen, Krümmungen und Verdrehungen, Welligkeit durch Bearbeitung, Zundergruben durch Warmbearbeitung, Rattermarken oder verfärbte und verhärtete Stellen, die durch Schleifbrand entstanden sind. Vor der Behandlung des Symptoms muss die Ursache ermittelt werden, da eine Nivellierungsoperation an einem Teil, das durch Eigenspannung verformt ist, nach dem nächsten Bearbeitungsdurchgang einfach wieder verformt wird.

Die Abnahme wird durch die Zeichnung definiert. Ebenheit und Geradheit werden üblicherweise als geometrische Toleranzen gemäß ISO 1101 ausgedrückt, die Ebenheit und Geradheit von Blechen für rostfreie und hitzebeständige Bleche werden in ASTM A480 behandelt und Maßtoleranzen für warmgewalzte Bleche in GB/T 709. Die Oberflächentextur wird anhand der ISO 21920-Reihe bewertet, die die älteren Rauheitsparameter ISO 4287 ersetzt. Die Angabe des richtigen Standards und der richtigen Messmethode auf der Zeichnung verhindert Streitigkeiten, die sonst nicht beigelegt werden könnten.

Ursachenanalyse

Rohstoff und Vorbehandlung

Öl, Rost, Zunder und eingebettete Späne auf der Oberfläche oder unvollständiges Beizen und Entfetten vor der Formgebung führen zu einer ungleichmäßigen Ätzung und einer unregelmäßigen Oberfläche. Starke oder ungleichmäßige Ablagerungen beim Walzen können auch Defekte unterhalb der Oberfläche verbergen, die erst nach der Bearbeitung auftreten.

Verarbeitungstechnik

Eine häufige Ursache sind falsch eingestellte Parameter beim Schneiden, Stanzen, Scheren oder Schweißen. Eine zu hohe Schnitttiefe, ein stumpfes Werkzeug, unzureichende Kühlmittelzufuhr oder ein schlecht abgestütztes Werkstück führen zu Rattern, Durchbiegung und lokaler Verformung. Beim Schweißen kommt es sowohl zu Verformungen als auch zu Eigenspannungen.

Wärmebehandlung und Umwelt

Temperaturkontrolle und Abkühlgeschwindigkeit während der Wärmebehandlung bestimmen den Verzug und die Entkohlungstiefe. Ungleichmäßiges Abkühlen, Abschrecken ohne ausreichende Unterstützung oder ein falsch in den Ofen geladenes Teil führen zu einer Verformung. Lagerung und Transport können dann zu weiteren Schäden durch schlechte Abstützung, Stapel- oder Handhabungsspuren führen.

Diagnose: Zuordnung des Symptoms zur Ursache

Behandlungsmethoden

Mechanische Korrektur

Bei lokalen Hochstellen wird das erhabene Material durch kontrolliertes maschinelles Beschleifen mit Schleifscheiben, Feilen oder Poliergeräten entfernt. Bei größeren Blechen werden durch Walzenrichten oder Pressrichten Durchbiegungen und Verdrehungen korrigiert. Dies ist weitaus effektiver, wenn das Teil zuvor spannungsarm geglüht wurde. Die Schnitttiefe pro Schleifdurchgang sollte gering gehalten werden, normalerweise unter 0,05 mm, und bei großzügiger Kühlmittelzufuhr, um die Entstehung neuer durch Hitze verursachter Spannungen zu vermeiden. Überprüfen Sie nach dem Richten die Ebenheit auf einer Richtplatte mit einer Messuhr oder Fühlerlehre und nicht mit bloßem Auge.

Thermische Korrektur

Das Spannungsarmglühen vor der Endbearbeitung ist die wirksamste Behandlung für verzugsanfällige Teile-. Durch Normalisieren oder eine kontrollierte Spannungsentlastung nach dem Schweißen, gefolgt von einer langsamen und gleichmäßigen Abkühlung, werden die inneren Spannungen beseitigt, die sonst bei jedem weiteren Schnitt freigesetzt würden. Durch Wärmerichten kann bei einigen Qualitäten die Verformung korrigiert werden, die Temperatur muss jedoch innerhalb des für die Qualität zulässigen Bereichs bleiben und das Teil muss gleichmäßig abgestützt werden, damit es abkühlen kann, ohne dass es sich wieder verbiegt.

Oberflächenkonditionierung

Durch Beizen, Strahlen oder leichtes Schleifen werden Zunder, Oxide und eingebettete Verunreinigungen entfernt. Wo es auf die Ermüdungsfestigkeit ankommt, führt das Kugelstrahlen eine Druckeigenspannung ein, die den Oberflächenzustand und den Widerstand gegen Rissbildung verbessert. Entgraten und Kantenglätten sind Teil desselben Arbeitsgangs und sollten nicht als nachträglicher Einfall betrachtet werden.

Verbesserungen bei der Bearbeitung und Befestigung

Verwenden Sie eine starre, gut unterstützte Vorrichtung mit Klemmung nahe der Schneidzone, halten Sie die Werkzeuge scharf, wählen Sie Parameter, die eher schneiden als reiben, und entfernen Sie das Material möglichst symmetrisch, damit die Spannung gleichmäßig abgebaut wird. Verwenden Sie für dünne Bleche ein Magnet- oder Vakuumspannfutter mit Opferunterstützung anstelle einer Punktspannung, die eine lokale Verformung erzeugt.

Inspektion und Verifizierung

Definieren Sie die Messmethode auf der Zeichnung: Messplatte und Indikator, Laserinterferometrie oder ein Koordinatenmessgerät mit geeignetem Taster.

Zeichnen Sie die Ebenheit vor und nach jedem Korrektureingriff auf, um zu beweisen, dass die Behandlung funktioniert hat und nicht nur die Verzerrung verschoben hat.

Überprüfen Sie die Oberflächenrauheit anhand des spezifizierten ISO-21920-Parameters und nicht anhand eines Werkstatt-Komparators, wenn die Anforderung kritisch ist.

Überprüfen Sie das Gerät mit einem Säure- oder Nitalätzmittel auf Schleifbrand, wenn die Gefahr einer Überhitzung hoch ist.

Häufige Fehler

Nivellieren eines Teils vor dem Spannungsabbau, sodass die Verformung nach der Endbearbeitung wieder auftritt.

Entfernen von Material, um ein Teil flach zu machen, wodurch der Querschnitt verringert wird und Maß- oder Festigkeitsanforderungen verletzt werden können.

Man geht davon aus, dass ein kleiner kosmetischer Einbruch harmlos ist, wenn in der Zeichnung die Ebenheit gemäß einer geometrischen Toleranz angegeben ist.

Durch aggressives Schleifen werden Rattermarken behoben, wodurch ein Defekt durch lokalisierte Hitzeschäden ersetzt wird.

FAQ

F: Was ist der erste Schritt, wenn ein Teil nicht mehr eben ist?
Stellen Sie die Ursache fest. Überprüfen Sie den Zustand des eingehenden Materials, den Restspannungsverlauf und die Bearbeitungsparameter, bevor Sie Korrekturarbeiten durchführen, da das Nivellieren eines beanspruchten Teils die Verformung nur hinauszögert.

F: Sollte der Spannungsabbau vor oder nach der Grobbearbeitung erfolgen?
Bei zu Verformungen-anfälligen Teilen wird der Spannungsabbau normalerweise nach der Grobbearbeitung und vor der Endbearbeitung durchgeführt, sodass der Großteil des Materialabtrags seine Spannung bereits abgebaut hat.

F: Wie wird Schleifbrand erkannt?
In schweren Fällen durch Verfärbung, aber zuverlässig durch Säure- oder Nitalätzen, wodurch überhitzte und nicht angelassene martensitische Zonen auf der Oberfläche sichtbar werden.

F: Welche Standards definieren die Ebenheits- und Rauheitsakzeptanz?
Geometrische Toleranzen wie Ebenheit sind in ISO 1101 definiert, die Oberflächenbeschaffenheit wird anhand der ISO 21920-Reihe bewertet und die Praxis der Blechtoleranzen ist in Dokumenten wie ASTM A480 und GB/T 709 enthalten.

F: Kann das Warmrichten bei allen Spezialstahlsorten angewendet werden?
Nein. Die Richttemperatur muss innerhalb des für die jeweilige Sorte zulässigen Bereichs liegen, und einige Sorten reagieren empfindlich auf die daraus resultierende Änderung der Mikrostruktur, sodass vor der Verwendung eine Genehmigung erforderlich ist.

F: Wie viel Material kann bei der Ebenheitskorrektur entfernt werden?
Nur innerhalb der Toleranz, die die gültigen Abmessungen, Querschnittsdicken und Festigkeitsanforderungen einhält. Bei einer über die Ziehungsgrenze hinausgehenden Entfernung handelt es sich nicht um eine Korrekturmaßnahme, sondern um ein Ablehnungsrisiko.