Produktionsprozess
Der Herstellungsprozess von Formstahl ist recht komplex und jeder Schritt muss streng kontrolliert werden, um die Qualität des Endprodukts sicherzustellen. Nachfolgend finden Sie eine detailliertere Beschreibung des Herstellungsprozesses von Formstahl:
1.Schmelzen
Das Schmelzen ist der erste Schritt bei der Herstellung von Formstahl. Dabei werden Rohstoffe geschmolzen und Legierungselemente hinzugefügt, um die Zusammensetzung und Leistung des Stahls anzupassen. Zu den üblichen Schmelzgeräten gehören:
Lichtbogenofen (EAF): Wird hauptsächlich zum Schmelzen von Stahlschrott verwendet. Der Schrott wird durch die hohe Temperatur des Lichtbogens geschmolzen und je nach Bedarf werden verschiedene Legierungselemente hinzugefügt.
Vakuum-Induktionsschmelzen (VIM): Stahl wird in einer Vakuumumgebung geschmolzen, wodurch Gase und Verunreinigungen effektiv aus dem geschmolzenen Stahl entfernt werden, seine Reinheit verbessert und eine gleichmäßige Verteilung der Legierungselemente sichergestellt wird. Mit dieser Methode wird hochwertiger Formstahl hergestellt.
Elektroschlacke-Umschmelzen (ESU): Bei diesem Verfahren wird geschmolzener Stahl durch elektrischen Strom in einem Schlackenbad erneut geschmolzen. Dies trägt zur Beseitigung von Verunreinigungen und zur Verfeinerung der Kornstruktur bei, was zu einem gleichmäßigeren und qualitativ hochwertigeren Produkt führt.
Beim Schmelzen werden je nach gewünschter Stahlsorte und Leistungsmerkmalen verschiedene Legierungselemente (wie Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Nickel, Kobalt usw.) zugegeben. Diese Legierungselemente beeinflussen Eigenschaften wie Härte, Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und thermische Stabilität.
2.Besetzung
Nach dem Schmelzen wird der geschmolzene Stahl in Barren oder Knüppel gegossen. Dabei kommen üblicherweise die folgenden Methoden zum Einsatz:
Barrenguss: Der geschmolzene Stahl wird in Formen gegossen, um abzukühlen und barren- oder blockförmigen Formstahl zu formen. Barrenguss wird typischerweise für größere Größen verwendet, die später geschmiedet werden.
Stranggießen: Der geschmolzene Stahl wird kontinuierlich in Knüppel gegossen, was für eine bessere Gleichmäßigkeit und weniger Defekte sorgt. Diese Methode eignet sich für die Produktion im großen Maßstab und ermöglicht eine präzise Kontrolle der Stahleigenschaften.
Während des Gießvorgangs muss die Abkühlgeschwindigkeit streng kontrolliert werden. Eine zu schnelle oder zu langsame Abkühlung kann zu Defekten wie Porosität oder Rissen führen. Eine ordnungsgemäße Abkühlungssteuerung wirkt sich direkt auf die Mikrostruktur und die physikalischen Eigenschaften des Stahls aus.
3.Schmieden
Beim Schmieden wird der gegossene Stahlblock auf hohe Temperaturen erhitzt und durch mechanischen Druck plastisch verformt, wodurch seine innere Struktur und seine mechanischen Eigenschaften weiter verbessert werden.
Heizung: Der Stahlbarren wird zunächst auf Schmiedetemperatur (normalerweise 1000–1200 °C) erhitzt, um sicherzustellen, dass das Material ausreichend plastisch für die Formgebung ist.
Schmieden: Der Barren wird dem Druck einer Schmiedemaschine ausgesetzt, die ihn komprimiert und in die gewünschte Form bringt, beispielsweise Rundstäbe, Vierkantstäbe usw. Während des Schmiedens wird die Kornstruktur des Stahls verfeinert, was zu erhöhter Festigkeit und Zähigkeit führt.
Beseitigung interner Defekte: Durch das Schmieden werden auch beim Gießen entstandene innere Defekte wie Gasblasen oder Einschlüsse beseitigt, wodurch die Dichte und Gleichmäßigkeit des Stahls verbessert wird.
Nach dem Schmieden weist der Formstahl erhebliche Verbesserungen sowohl in der Makro- als auch in der Mikrostruktur auf und weist eine gleichmäßigere Korngröße sowie eine höhere Zugfestigkeit auf.
4.Wärmebehandlung
Die Wärmebehandlung ist ein entscheidender Schritt bei der Herstellung von Formstahl. Ziel ist es, die Mikrostruktur des Stahls anzupassen, um seine Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit zu verbessern. Zu den üblichen Wärmebehandlungsprozessen gehören:
Glühen: Beim Glühen wird der Stahl auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und dann langsam abgekühlt, um die beim Schmieden entstandenen inneren Spannungen zu beseitigen, die Struktur des Materials gleichmäßiger zu machen und die Härte zu reduzieren, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern.
Normalisieren: Ähnlich wie Glühen, jedoch mit schnellerer Abkühlung, normalerweise mit Luft. Durch Normalisieren werden die mechanischen Eigenschaften des Stahls verbessert, insbesondere die Zugfestigkeit und Härte.
Abschrecken: Der Stahl wird auf seine Austenitisierungstemperatur erhitzt und dann schnell abgekühlt (normalerweise in Wasser oder Öl), um Martensit zu bilden. Durch das Abschrecken wird die Härte des Stahls deutlich erhöht, er kann aber auch spröde werden. Um die Zähigkeit zu verbessern, ist normalerweise ein anschließender Anlassprozess erforderlich.
Temperieren: Nach dem Abschrecken ist der Stahl extrem hart, aber auch spröde. Das Anlassen erfolgt durch erneutes Erhitzen des Stahls auf eine niedrigere Temperatur, um die Härte zu verringern und gleichzeitig die Zähigkeit und Verschleißfestigkeit zu verbessern. Die spezifische Anlasstemperatur und -zeit sind entscheidend für die Bestimmung der endgültigen Leistung.
5.Bearbeitung
Nach der Wärmebehandlung wird der Formstahl durch maschinelle Bearbeitung weiterverarbeitet, um sicherzustellen, dass seine Form, Größe und Oberflächenqualität den erforderlichen Spezifikationen entsprechen. Zu den üblichen Bearbeitungsprozessen gehören:
Schneiden: Stahl wird durch Verfahren wie Sägen, Laserschneiden oder Plasmaschneiden auf die gewünschte Größe zugeschnitten.
Drehen, Fräsen, Schleifen: Mit diesen Verfahren wird die Form des Formstahls verfeinert, um genaue Abmessungen sicherzustellen. Insbesondere das Schleifen dient zur Verbesserung der Oberflächenqualität, insbesondere bei hochharten Stählen.
Bohren und Gewindeschneiden: Bei einigen Formenstählen kann Bohren oder Gewindeschneiden erforderlich sein, um Kühlkanäle oder Löcher für die Montage zu schaffen.
6.Oberflächenbehandlung
Um die Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder Ermüdungsbeständigkeit von Formstahl zu verbessern, können zusätzliche Oberflächenbehandlungen angewendet werden. Zu den üblichen Oberflächenbehandlungen gehören:
Aufkohlen: Der Stahl wird erhitzt und in einer kohlenstoffreichen Umgebung behandelt, wodurch die Oberfläche Kohlenstoff absorbieren und eine gehärtete Schicht bilden kann. Das Aufkohlen verbessert die Verschleißfestigkeit erheblich und wird häufig bei Formen mit hohem Verschleiß verwendet.
Nitrieren: Stahl wird in einer Stickstoff- oder Ammoniakgasumgebung erhitzt, um eine gehärtete Nitridschicht auf der Oberfläche zu bilden. Diese Schicht bietet hervorragende Härte und Korrosionsbeständigkeit und ist daher ideal für Formstähle, die eine hohe Verschleißfestigkeit und längere Lebensdauer erfordern.
Galvanisieren oder Beschichten: Durch Galvanisierung oder Beschichtungsverfahren wird eine Metall- oder Legierungsschicht (z. B. Chrom oder Nickel) auf die Stahloberfläche aufgetragen, um die Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit zu verbessern.
7.Qualitätsprüfung
Während des gesamten Produktionsprozesses wird der Formstahl strengen Qualitätskontrollen und Tests unterzogen. Zu den üblichen Qualitätsprüfungen gehören:
Analyse der chemischen Zusammensetzung: Mithilfe spektrometrischer oder chemischer Methoden wird der Gehalt verschiedener Legierungselemente analysiert, um sicherzustellen, dass der Stahl die erforderlichen Spezifikationen erfüllt.
Härteprüfung: Härteprüfungen sind wichtig, um die Verschleißfestigkeit und Verformungsbeständigkeit des Stahls zu bewerten. Zu den üblichen Härteprüfungen gehören Brinell-, Rockwell- und Vickers-Härteprüfungen.
Prüfung mechanischer Eigenschaften: Umfasst Zugprüfungen, Schlagprüfungen und Ermüdungstests, um die Festigkeit, Zähigkeit und Haltbarkeit des Stahls unter Arbeitsbedingungen sicherzustellen.
Zerstörungsfreie Prüfung (NDT): Methoden wie Ultraschallprüfung, Magnetpulverprüfung und Röntgenprüfung werden verwendet, um innere Risse, Porosität oder Einschlüsse zu erkennen, die die Integrität des Stahls beeinträchtigen könnten.
8.Verpackung und Lieferung
Nachdem alle Bearbeitungs- und Inspektionsprozesse abgeschlossen sind, wird der Formenstahl für den Versand verpackt. Die Verpackung erfolgt normalerweise in Holzkisten, Paletten oder anderen Materialien, um den Stahl vor Transportschäden zu schützen. Je nach Kundenwunsch kann der Stahl vor dem Versand auf unterschiedliche Längen und Formen zugeschnitten oder mit einer Oberflächenbehandlung versehen werden.
Durch die oben genannten komplexen Produktionsstufen wird die Leistung des Formstahls schrittweise optimiert, um verschiedene Anforderungen wie hohe Härte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit zu erfüllen. Jeder Schritt des Prozesses, vom Schmelzen bis zur Verpackung, wird sorgfältig kontrolliert, um sicherzustellen, dass das Endprodukt von hoher Qualität ist und die Kundenanforderungen erfüllt.
