Warum ist der Härtezustand so wichtig wie die Güte?
Eine Güte wie DC04 legt die Chemie und die grobe Werkstofffamilie fest, aber nicht den Zustand des Bandes, wenn es an der Presse ankommt. Dieser Zustand ist der Härtezustand (Temper), er entsteht durch den Kaltverformungsgrad nach dem Glühen, und er entscheidet, wie sich das Material beim Ziehen verhält. Zwei Coils derselben Güte, Dicke und mit demselben Zeugnis können in unterschiedlichen Härtezuständen geliefert werden, und der weichere formt einen tiefen Napf, an dem der härtere reißt. Der Härtezustand zeigt sich in den Kennwerten, die für das Werkzeug zählen: Streckgrenze, Dehnung, der r-Wert, der den Widerstand gegen Wanddünnung beschreibt, und die Streckgrenzendehnung, die Streckfiguren erzeugt. Nur nach Güte einzukaufen ist der Grund, warum ein Teil, das zwei Jahre lief, plötzlich auf einem neuen Coil reißt.
Was die Güte festlegt - und was nicht
- Von der Güte festgelegt: Chemie und Bandbreite von Kohlenstoff, Mangan und Restelementen; ob der Stahl aluminiumberuhigt und überhaupt ziehgeeignet ist; das allgemeine Umformvermögen.
- Nicht von der Güte festgelegt: Streckgrenze innerhalb des erlaubten Bandes, Dehnung, r-Wert, n-Wert (Verfestigungsexponent), Korngröße und ob die Oberfläche frei von Luders-Bändern ist, die nach dem Umformen als sichtbare Streifen erscheinen.
- Vom Walzwerk auf Bestellung festgelegt: Dickentoleranz, Breite, Oberflächenausführung, Ölung und der Härtezustand selbst. Das sind bestellte Parameter, keine Voreinstellungen.
Die vier Kennwerte, die das Ziehen tatsächlich vorhersagen
- Streckgrenze. Eine höhere Streckgrenze braucht mehr Kraft, um das Material in Bewegung zu setzen, und lässt weniger Reserve, bevor die Wand ausdünnt. Bei einem kleinen Gehäuse kann der Unterschied zwischen weich und viertelhart darüber entscheiden, ob zwei oder drei Züge nötig sind.
- Dehnung. Die Gesamtverformung, die das Material vor dem Bruch aufnimmt. Sie ist die wichtigste Duktilitätskennzahl, und ein Coil mit niedriger Dehnung ist der Punkt, an dem das Reißen am Stempelkopf beginnt.
- r-Wert (plastisches Verformungsverhältnis). Wie stark das Material einer Wanddünnung widersteht, wenn es in der Blechebene gestreckt wird. Ein höherer r-Wert bedeutet, dass die Wand dicker und gleichmäßiger bleibt - genau das, was ein druckführendes Gehäuse braucht. Er ist eine Eigenschaft der kristallografischen Textur und wird von Legierung und Glühbehandlung beeinflusst, nicht vom Härtezustand allein.
- n-Wert (Verfestigungsexponent). Wie schnell das Material bei der Umformung verfestigt. Ein höherer n-Wert verzögert den Beginn der lokalen Einschnürung und erhöht damit das Ziehverhältnis, das ein Werkstoff in einer Stufe übersteht.
Kernpunkt
Der praktische Test ist nicht, ob das Zeugnis zur Güte passt - sondern ob das Coil den Härtezustand trägt, auf den das Werkzeug eingestellt wurde. Wenn ein Teil, das seit Jahren läuft, plötzlich reißt, fordern Sie den Wareneingangsprüfbericht an, bevor irgendjemand über ein neues Werkzeug spricht.
Der Härtezustand entscheidet auch, ob die Oberfläche die Umformung zeigt
Ein zu weicher Härtezustand oder ein geglühtes Band mit falscher Streckgrenzendehnung bildet sichtbare Streckfiguren: parallele Bänder über das ganze Teil, an denen das Material vor der Verfestigung ungleichmäßig geflossen ist. An einem verdeckten Halter sind sie kosmetisch, an einem sichtbaren Gehäuse ein Fehler. Die üblichen Gegenmaßnahmen sind ein nachgewalztes (skin-passed) Band, ein etwas härterer Härtezustand oder das Richten des Zuschnitts im Rollenrichter unmittelbar vor der Presse. Das umgekehrte Problem ist ebenso real: ein Härtezustand, der ein flaches Teil schön umformt, kann für ein tiefes Teil zu hart sein - der Härtezustand muss daher gegen das tiefste Merkmal des Teils gewählt werden, nicht gegen dessen Durchschnitt.
Was auf die Zeichnung und in die Materialbestellung gehört
- Güte und Norm nennen - zum Beispiel DC04 nach EN 10130 - statt es bei weichem Stahl zu belassen.
- Härtezustand oder mechanische Zielwerte nennen - die Walzwerksbezeichnung oder den Bereich für Streckgrenze und Dehnung, der im Werkzeug funktioniert.
- r-Wert oder n-Wert angeben, wo das Teil tiefgezogen wird und die Wand gleichmäßig bleiben muss. Kennt der Konstrukteur die Zahl nicht, ist die Anfrage nach den Umformdaten der vorgeschlagenen Güte beim Lieferanten ein sinnvoller Ersatz.
- Streckfiguren ausschließen bei sichtbaren Teilen, und angeben, ob eine rollengerichtete oder nachgewalzte Oberfläche gefordert ist.
- Vermerken, wenn der Werkstoff vom Kunden vorgegeben ist. Gibt ein OEM Güte und Walzwerk exakt vor, entfällt die Freiheit beim Härtezustand, und das Werkzeug muss um das Verfügbare herum ausgelegt werden.
Was wir zusagen - und was nicht
Balford prüft Zeichnung, Werkstoff und Prozessroute gemeinsam; bei tiefgezogenen Teilen umfasst die Prüfung das Ziehverhältnis, die Wanddickenverteilung und die Frage, ob das spezifizierte Band den Härtezustand mitbringt, den die Route braucht. Eine Ausschussquote oder ein garantiertes Ziehverhältnis je Güte veröffentlichen wir nicht, weil beides ebenso von Werkzeug und Dickenverhältnis abhängt wie vom Werkstoff. Das Qualitätsmanagement arbeitet nach ISO 9001:2015 mit an IATF 16949 ausgerichteten Kontrollen für die Automobilprogramme, die wir betreuen. Werkstoffzeugnisse werden mit der Lieferung ausgehändigt und sind auf das Coil oder die Schmelze zurückverfolgbar.
Balford hat seit 2000 mehr als 4.000 Einschlag-Ziehwerkzeuge gebaut, betreibt Pressen von 25 t bis 350 t und zieht bis zu einem maximalen Durchmesser von 250 mm. Das Werk umfasst 12.000 m2 in Zhuji, Zhejiang, mit über 500 Maschinen und mehr als 120 Mitarbeitenden in Technik und Produktion sowie rund 50 Millionen Teilen pro Jahr. Zeichnungen und Werkstoffspezifikationen werden in der Regel innerhalb von 24 Stunden geprüft und kalkuliert.
Häufig gestellte Fragen
Kann ich einen anderen Härtezustand derselben Güte einsetzen?
Nicht ohne das Ziehverhalten zu prüfen. Die Chemie ist gleich, das Zeugnis sieht also richtig aus, aber Streckgrenze, Dehnung und r-Wert ändern sich mit dem Härtezustand - und auf diese Kennwerte reagiert das Werkzeug. In der Praxis lässt sich an einem tiefen Teil häufig ein weicherer Härtezustand ohne großes Risiko gegen einen härteren tauschen, umgekehrt reißt es oft. Ist ein Wechsel unvermeidlich, fordern Sie die mechanischen Werte des tatsächlichen Coils an statt der typischen Werte der Güte, und fahren Sie einen Versuch, bevor die Serie freigegeben wird.
Was sind Streckfiguren und wie vermeide ich sie?
Streckfiguren sind die sichtbaren Bänder, die entstehen, wenn ein weiches, vollgeglühtes Band zu Beginn der Umformung ungleichmäßig fließt. Sie stammen aus der Streckgrenzendehnung des Werkstoffs und sind auf flachen oder schwach umgeformten Bereichen am deutlichsten. Übliche Gegenmaßnahmen sind nachgewalztes (tempergewalztes) Band, ein etwas härterer Härtezustand oder das Richten des Zuschnitts im Rollenrichter unmittelbar vor der Presse. An einem sichtbaren Gehäuse lohnt die ausdrückliche Angabe, weil das Teil sonst konstruktiv einwandfrei ist.
Ist der Härtezustand auch bei Edelstahl wichtig?
Ja, und bei Edelstahl ist er oft die dominierende Größe. Austenitische Güten wie 304 verfestigen stark, sodass der Zustand des gelieferten Bandes und die bereits eingebrachte Kaltverformung bestimmen, wie viele Züge das Material annimmt. Ein 304-Band mit höherem Kaltverformungsgrad kann eine zusätzliche Zwischenglühung erfordern, die dieselbe Güte in weicherem Härtezustand nicht braucht. Bei austenitischem Edelstahl sagt die Güte sehr wenig über das Ziehverhalten.
Wie spezifiziere ich den Härtezustand in einer Bestellung?
Verwenden Sie die Werksbezeichnung der Güte - etwa eine Temperwalz- oder Viertelhart-Bezeichnung - und ergänzen Sie die mechanischen Zielwerte, die für Ihr Teil zählen: einen Streckgrenzenbereich, eine Mindestdehnung und, wo relevant, den r-Wert. Fordern Sie dann die tatsächlichen Prüfwerte mit dem Coil an, statt typische Werte aus dem Datenblatt der Güte zu akzeptieren. Das Zeugnis zum Stahl und die im Datenblatt genannten Werte sind oft nicht dasselbe.