Bohrungsdrücken – ein Verfahren der Umformung für Hohlstrukturen

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Mikron Switzerland AG, Division Tool

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Oberhalb einer Probentemperatur von 650 °C zeigt das Probenmaterial ein sehr starkes Aufstauchen im Spannbereich. Das Material entfestigt stark. Die Stauchgrenze liegt bei σ_0,2 = 430 N/mm². Das Material fließt dabei nicht wie gewünscht in der Umformzone, sondern wird von dem Druckstempel und den Druckrollen nur aufgestaucht.

Bohrungsdrücken erfordert enges Temperaturfenster

Damit ergibt sich für einen sicheren Bohrungsdrückprozess nur ein kleines Temperaturprozessfenster mit vielen Einflussfaktoren auf das Umformverhalten und das Werkstoffverhalten zur Erzeugung definierter Mikrostrukturen.

Das vorhandene Material wurde im lösungsgeglühten Zustand geliefert, erreicht eine Streckgrenze von etwa 620 MPa und eine Zugfestigkeit von etwa 815 MPa. Dies entspricht einer spezifischen Festigkeit von rund 175 Nm/kg und besitzt damit eine um circa 75 % höhere spezifische Festigkeit als ein konventionell verwendeter Einsatzstahl 16MnCr5.

Durch die hohe Gleichmaß- und Bruchdehnung des Ausgangsmaterials (Ag = 32 %, A5 = 35 %) bietet diese ß-Titanlegierung eine gute Grundlage für formgebende Prozesse wie das Bohrungsdrücken. Die ISO-V-Kerbschlagarbeit des lösungsgeglühten Ti-10V-2Fe-3Al bietet mit Av ~ 47 J bei Raumtemperatur ausreichende Reserven gegen Rissfortschritt. Auffällig bei der vorliegenden Legierung sind die sehr großen ß Körner. Der mittlere Durchmesser beträgt etwa 300 μm.

Umfangreiche Härte- und Druckuntersuchungen am Profil

Nach dem Bohrungsdrücken wurden die mechanischen Eigenschaften der erzeugten Hohlwelle (Ausgangsdurchmesser D = 52,3 mm und Stempeldurchmesser d_i = 28,5 mm) charakterisiert und mit den Eigenschaften des lösungsgeglühten Zustandes verglichen. Dazu sind umfangreiche Härte- und Druckuntersuchungen an dem entstandenen Profil durchgeführt worden.

Bild 5 zeigt exemplarisch eine erzeugte Hohlwelle der verwendeten ß-Titanlegierung mit einem Hartverlauf nach Vickers über der Wanddicke. Zu erkennen ist ein Härtegradient von circa 100 HV von der Wandinnen- zur Wandaußenseite. Die mittlere Härte an der Wandinnenseite beträgt etwa 350 HV, die der Äusseren 450 HV.

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