Spanende Bearbeitung von Hartlegierungen – Drehen und Schleifen. Teil III: Schleifen von Hartlegierungen

An den modellhaften Eisenbasislegierungen FeCr12C2.1, FeCr13Nb9MoTiC2.3 und FeCr14Mo5WVC4.2 wurden sowohl im weichgeglühten als auch im gehärtet und leicht entspannten Gefügezustand Planpendelschleifversuche mit einer Scheibenumfangsgeschwindigkeit von v c = 15 m/s durchgeführt. Als Schleifwerkzeuge kamen die keramisch gebundenen Scheiben SC 60 3/4 (SiC) und 2B252 M6 V240 (CBN) mit einem Durchmesser von D S = 300 mm zum Einsatz. Die Auswahl der Stellgrößen orientierte sich unter Beachtung eines akzeptablen bezogenen Zeitspanvolumens Q w ′ = 4 mm 3 /mms an einer werkstofftechnischen Sichtweise. Bei den anschließenden Untersuchungen stand vor allem die Analyse der thermomechanischen Gefügebeanspruchung im Vordergrund. Beim Schleifen von Hartlegierungen mit konventionellen Schleifmitteln spielt der Hartphasengehalt und ‐typ eine wesentliche Rolle. Primäre M 7 C 3 setzen den eindringenden Schleifkörnern aufgrund ihrer hohen Härte einen großen Widerstand entgegen. So ergeben sich für die Legierung FeCr14Mo5WVC4.2 die höchsten Schleifnormalkräfte. Normalkraftsteigernd wirken sich aber auch eine gehärtete Metallmatrix, SiC als Schleifmittel oder ein Naßschleifprozeß aus. Die Tangentialkraft zeigt tendenziell die gleiche Abhängigkeit von den gefügespezifischen Hartphasen. Prozeßtemperatur und Spannungszustand vor den Kornschneiden sind ausschlaggebend für das Verhalten der Hartphasen während der Schleifbearbeitung. Überwiegt die mechanische Komponente, werden Ansammlungen eutektischer Karbide in Oberflächennähe zertrümmert. Stengelförmige Einzelkarbide brechen oft in Phasenmitte. Bei einer thermischen Überlagerung kann sich ein eutektisches M 7 C 3 jedoch auch plastisch verformen. Das Spalten grober primärer M 7 C 3 ‐Phasen initiiert Mikrorisse, die Ausgangspunkte für die Entstehung von Makrorissen darstellen. Ausbrüche von Karbidfragmenten führen zu einer schlechten Oberflächengüte. Die Metallmatrix reagiert auf die generierte Prozeßwärme besonders empfindlich. Beim Trockenschleifen mit SiC ist im Randbereich eine Neuhärtungszone festzustellen. Die legierungsspezifische Austenitisierungstemperatur von ca. 1000 °C wurde überschritten. Mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche schließt sich ein Anlaßbereich mit Härtewerten unter dem Niveau des Grundgefüges an. Durch das Schleifen mit CBN bleibt eine Neuhärtung aus. Die ermittelten Oberflächeneigenspannungen korrelieren mit dem Grad der thermischen bzw. mechanischen Beanspruchung. Während nach dem Trockenschleifen mit SiC ein ausgeprägtes Rißnetzwerk zu erkennen ist, zeichnet sich die Oberfläche bei der Anwendung von CBN als Schleifmittel durch Rißfreiheit aus. Durch die hervorragende Wärmeleitfähigkeit dieses Schleifstoffes sind thermische Schädigungen im Trockenschliff vermeidbar. Der Einsatz von Schleifemulsion führt zwar zu einer besseren Oberflächenrauheit, birgt aufgrund des schroffen Abschreckeffektes jedoch gerade bei gehärtetem Material die Gefahr der Rißbildung. Die Anhebung der Werkstückgeschwindigkeit trägt ebenfalls zur Reduzierung der Rißgefahr bei, verschlechtert die Oberflächengüte jedoch in inakzeptablem Maße.