Warmarbeitsstahl im Test bei Druckgussformen für die Automobilindustrie

Die Deutschen Edelstahlwerke, deutsche Tochter der Schmolz + Bickenbach Gruppe, haben ihr Lieferspektrum erweitert. Seit März gibt es den neuen Warmarbeitsstahl „ThermodurE 40 K Superclean“ nun in allen Abmessungen von 800 x 100 bis 800 x 400 mm – auf Wunsch auch in bearbeiteter Form. Derzeit testet die polnische Niederlassung von Nemak den Stahl als Werkstoff für die Einsätze von Druckgussformen, in denen später 4-Zylinder-Motorblöcke entstehen sollen.

„Der Werkstoff ist auf großes Interesse gestoßen, weil er die Entstehung von Warmrissen verzögert und damit im Vergleich zu bewährten Warmarbeitsstählen die Lebensdauer des Werkzeugs noch einmal signifikant erhöht“, erläutert Hans-Georg Maschetzke, Vertriebsleiter Werkzeugstahl EU-Enduser bei den Deutschen Edelstahlwerken.

Derzeit testet die polnische Niederlassung von Nemak den Stahl als Werkstoff für die Einsätze von Druckgussformen, in denen später 4-Zylinder-Motorblöcke entstehen sollen. Etwa 300 kg wiegt ein einzelner quader- oder würfelförmiger Einsatz. „Die Zähigkeit und die Thermoschockbeständigkeit des Werkstoffs sind für uns am wichtigsten, weil die beiden Eigenschaften entscheidenden Einfluss auf die Geschwindigkeit der Warmrissbildung haben“, erläutert das Management von Nemak, Polen.

Zwei Millionen Gussteile im Jahr

Jährlich produzieren die Betriebe im polnischen Bielsko-Biala rund zwei Millionen Gussteile für die Automobilindustrie. Zukünftig will das Unternehmen auch die im Automobilbau wichtige Alu-Strukturteilefertigung am Standort Polen weiter ausbauen. Die Wirtschaftlichkeit der Produktion und die Qualität der späteren Druckgusskomponenten hängen dabei wesentlich vom Werkzeugvormaterial ab.

„Unsere Automobilkunden stellen an unsere Gussteile höchste Anforderungen. Sie erwarten insbesondere einwandfreie Oberflächen und absolut präzise Geometrien. Die Basis dafür bildet ein Werkzeug aus Warmarbeitsstahl, der für diesen Einsatzzweck zugeschnitten ist“, sagt der Leiter des Werkzeugbau-Bereichs bei Nemak Polen.

Hohe Erwartungen in der Testphase

Gerade die Formeinsätze, die dem späteren Gussteil die gewünschte charakteristische Form und Komplexität geben, sind bei der Herstellung von Aluminiumdruckguss einer extremen Umgebung ausgesetzt. Nur zwei Minuten dauert die Produktion eines Teils. Die Formeinsätze müssen dabei hohen Drücken und Temperaturen über 700 °C standhalten. „Die früher oder später eintretenden Thermoschockrisse lassen sich nicht verhindern, nur verzögern, wie es der ThermodurE 40 K Superclean sehr effektiv tut. Früher oder später führen sie zum Ausfall der Form, denn spätestens wenn die Risse zusammenwachsen und Ausbrüche entstehen, würden sich diese auf die Oberfläche des erzeugten Druckgussteils übertragen“, so Vertriebsleiter Maschetzke.

Das bestätigt auch Nemak. Die Formeinsätze aus ThermodurE 40 K Superclean testet das Unternehmen nun unter realen Betriebsbedingungen. „Die ganze Testphase dauert gut ein Jahr. Die danach ermittelten Parameter vergleichen wir mit den bisherigen Werten. Dabei schauen wir uns genau die Oberflächenbeschaffenheit an, die unmittelbaren und entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer des Werkzeugs insgesamt hat. Bislang setzen wir für Motoren- und Getriebegehäuse den ThermodurE 38 K Superclean der Deutschen Edelstahlwerke ein, der sich für uns bewährt hat“, berichtet das Management.

Die Erwartungen an den neuen Werkstoff sind also hoch. Kein Wunder, denn mit einem Set Formeinsätze stellt das Unternehmen bislang durchschnittlich 80.000 bis 150.000 Druckgussteile her. Unter Verwendung des neuen Warmarbeitsstahls der Deutschen Edelstahlwerke darf das Material nach 60.000 Druckgussteilen nur eine sehr geringe Rissbildung aufweisen. Diese müsste bei anderen Werkstoffen zu diesem Zeitpunkt bereits deutlich ausgeprägter sein. Materialausbrüche nach 100.000 Stück sind ganz tabu.

„Wir erwarten unter anderem, dass mit dem ThermodurE 40 K Superclean sich für uns die Instandhaltungskosten deutlich reduzieren lassen, die beispielsweise beim Reparaturschweißen der Einsätze entstehen. Diese Instandhaltungsmaßnahmen sind nötig, um auch die Lebensdauer des Formenrahmens wirtschaftlich voll ausschöpfen zu können. In der Regel nehmen wir einen Formenrahmen nach dreimaligem Wechsel der Einsätze aus der Produktion“, ergänzt der Leiter des Werkzeugbau-Bereichs bei Nemak Polen.

Full-Service schafft Vertrauen und Erfolg

Von höheren Werkzeugstandzeiten über geringere Wartungskosten und mehr Flexibilität in der Druckguss-Produktion bis hin zu qualitativ zuverlässiger Lieferperformance für Druckgusshersteller und Automobilkunden – so hoch die Erwartungen sind, so groß ist der Optimismus, dass die Zusammenarbeit auch dieses Mal wieder von Erfolg gekrönt sein wird.

Der Start der Testphase verlief jedenfalls nach Plan. Bereits seit 15 Jahren beliefern die Deutschen Edelstahlwerke den Kunden Nemak mit Werkzeugstahl für Formenrahmen und Formeinsätze. Rund 400 t erreichen jährlich die polnischen Betriebe auf direktem Weg per Lkw. Den größten Anteil haben die bis zu 16 t schweren Formenrahmen aus Formadur2312, Formadur2738 und Formadur320die der Stahlproduzent einbaufertig ausliefert.

„Neben der zuverlässigen Stahlqualität ist, insbesondere bei neuen Projekten, die gute technische Beratung für uns ein wichtiges Kriterium, uns immer wieder für die Deutschen Edelstahlwerke als Lieferanten und Kompetenzpartner zu entscheiden. Zwischen den technischen Experten beider Seiten erfolgt ein regelmäßiger Erfahrungsaustausch bei zahlreichen Vor-Ort-Terminen“, begründet das Nemak-Management die fruchtbare Zusammenarbeit.

Das gilt natürlich auch in der Testphase mit dem neuen ThermodurE 40 K Superclean, in der die Deutschen Edelstahlwerke Komplettanbieter sind: Angefangen bei der technischen Kundenberatung über die Stahlproduktion- und Bearbeitung am Standort Witten bis zum Härten in den eigenen Härtereibetrieben in Lüdenscheid. „Vor allem bei der Ausarbeitung der für unsere Zwecke optimalen Wärmebehandlung ist eine enge Zusammenarbeit mit den Experten wichtig.“

Diese freuen sich über das Vertrauen, das ihnen der namhafte Druckgussproduzent entgegenbringt. „Die im Vergleich zum ThermodurE 38 K Superclean nochmals verbesserte Temperaturbeständigkeit ohne eine wesentliche Reduzierung der Zähigkeit, machen den E 40 K Superclean für alle Druckgussproduzenten interessant, die sowohl den qualitativ steigenden Anforderungen ihrer Abnehmer als auch den eigenen Effizienzansprüchen gerecht werden müssen“, schließt Hans-Georg Maschetzke.