Neuer Stahl verkürzt Produktion von Kugelzapfen

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„Der nicht rostende Stahl 1.4003 bringt alle geforderten Grundvoraussetzungen mit“, betont Stephan Hasler, Manager Research & Development bei Swiss Steel. Er zeichnet sich durch eine ideale Kombination aus Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften sowie einen moderaten Preis aus. Das Know-how von Swiss Steel steckt in der Optimierung des Werkstoffes und der Walzparameter hinsichtlich der Anforderungen von ZF.

Bei der Stahlherstellung bildet Stahlschrott die Basis. Diesen schmilzt die Deutsche Edelstahlwerke GmbH, ein Schwesterunternehmen der Swiss Steel, im Elektroofen. Nach dem Legieren entkohlt der Edelstahlspezialist das Material per Vakuumverfahren (VyOD), um die Korrosionsbeständigkeit weiter zu erhöhen, und gießt den flüssigen Stahl zu Knüppeln. Durch gezielte Steuerung von Temperatur und Abkühlung beim Walzen beeinflusst Swiss Steel die mechanisch-technologischen Eigenschaften und das Gefüge des Stahls. Das Ergebnis ist ein sehr niedrig gekohlter ferritisch-martensitischer Edelstahldraht mit der ZF-internen Bezeichnung X1CrNi12.

Weiterverarbeitung des Stahls zum fertigen Bauteil

Ein Kugelzapfen mit Halshinterschnitt und Innensechskant war das Testobjekt in der Entwicklungsphase (Bild 3). Um unter anderem das geforderte Festigkeitsniveau von 800 bis 1000 MPa zu erreichen, standen der Drahtabzug beim Ziehprozess vor der Kaltumformung sowie die Umformstufen beim Kaltfließpressen im Blickpunkt. Sie haben unmittelbar Auswirkung auf die örtlichen mechanisch-technologischen Eigenschaften am Kugelzapfen und müssen aufeinander abgestimmt sein. Dafür definierten ZF und Swiss Steel gemeinsam mit dem Kaltumformer, der Fuchs Schraubenwerk GmbH, die erforderlichen Prozessparameter. Da der Walzdraht aus X1CrNi12 eine hohe Ausgangsfestigkeit mitbringt, galt es zudem, eine leistungsfähigere Presse und ein stabiles Abschersystem beim Kaltfließpressen einzusetzen.

Der Mehraufwand in der Fertigung wird durch eine vergleichsweise kurze Durchlaufzeit kompensiert. Wie ZF-interne Versuche am gepressten Kugelzapfen belegen, entspricht die Qualität des Bauteils aus X1CrNi12 den Anforderungen: Auch nach längerem Stillstand ist der Kugelzapfen leichtgängig im Gelenk, bringt die erforderliche Festigkeit im Gewinde mit und hält schlagartiger mechanischer Beanspruchung auch bei tiefen Temperaturen stand.

Abhängig vom Bauteildesign variieren die Kostenvorteile durch den Einsatz des X1CrNi12. Bei Kugelzapfen mit einem Kugeldurchmesser bis zu 30 mm zeigt sich die Rentabilität des Edelstahls am deutlichsten. „Die gut funktionierende interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Swiss Steel und Fuchs Schraubenwerk war die Voraussetzung für die Entwicklung des Stahls bis zur Marktreife“, so Dr. Kruse. „Unser Ziel ist es, die nitrierten Vergütungsstahlsorten sukzessive gegen den X1CrNi12 auszutauschen.“

Mit neuem Stahl die Durchlaufzeit in der Fertigung verkürzen

Die Modifikation des 1.4003 für das Kaltfließpressen des Kugelzapfens überzeugte ZF: Die Eigenschaften des Stahls sind vergleichbar mit denen konventionell hergestellter Teile aus Vergütungsstahl. Eine deutliche Verbesserung erreicht der nicht rostende Stahl X1CrNi12 hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit in der Anwendung. Auch die Ökobilanz wird verbessert: Mit X1CrNi12 entfallen schadstoffbelastete Prozessschritte wie das Nitrieren sowie zusätzliche Transportwege (Bild 2). Die Durchlaufzeit in der Fertigung ist spürbar verkürzt, ergo steigt die Flexibilität im Fall von Produktionsschwankungen. Der Anwender erhält ein effizientes Material und kann gleichzeitig die Gesamtkosten senken. MM

* Hanna Maurer ist freie Fachjournalistin. Weitere Informationen: Swiss Steel AG, 6020 Emmenbrücke (Schweiz)

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